Hva er CPU-brikker?

Historisk har CPUer raskt økt ytelsen i samsvar med den uformelle "Moores lov". Moores lov er en observasjon av at antall transistorer i prosessorer, og dermed prosessorkraften til prosessorene, dobles omtrent hvert annet år.

Moores lov holdt seg ganske konsekvent i flere tiår siden den først ble fremsatt i 1965, først og fremst på grunn av at prosessorprodusenter gjorde kontinuerlige fremskritt i hvor små de kunne gjøre transistorene. Krymping av prosessortransistorstørrelsen øker ytelsen fordi flere transistorer da kan passe inn i en mindre plass og fordi mindre komponenter er mer strømeffektive.

Moores lov er død

Realistisk sett kom imidlertid Moores lov aldri til å vare for alltid, ettersom det blir vanskeligere og vanskeligere å krympe komponenter jo mindre de blir. Siden 2010, på 14 og 10 nanometer skala – det er 10 milliarddeler av en meter – har prosessorprodusenter begynt å løpe inn i kanten av det som er fysisk mulig. Prosessorprodusenter har virkelig slitt med å fortsette å krympe prosessstørrelsen til under 10 nm, selv om fra og med 2020 er noen 7 nm-brikker tilgjengelig og 5 nm-brikker er i designstadiet.

For å bekjempe mangelen på prosesskrymping har prosessorprodusenter måttet bruke andre metoder for å fortsette å øke prosessorytelsen. En av disse metodene er ganske enkelt å lage større prosessorer.

Utbytte

Et av problemene med å lage en utrolig kompleks prosessor som dette er at utbyttet av prosessen ikke er 100 %. Noen av prosessorene som lages er rett og slett defekte når de lages og må kastes. Når du lager en større prosessor, betyr det større området at det er større sjanse for at hver brikke har en feil som krever at den kastes.

Prosessorer er laget i batcher, med mange prosessorer på en enkelt silisiumwafer. For eksempel, hvis disse skivene inneholder 20 feil hver i gjennomsnitt, må omtrent 20 prosessorer per wafer kastes. Med en liten CPU-design kan det være f.eks. hundre prosessorer på en enkelt wafer; å miste 20 er ikke bra, men en avkastning på 80 % bør være lønnsomt. Med et større design får du imidlertid ikke plass til så mange prosessorer på en enkelt wafer, med kanskje bare 50 større prosessorer som passer på en wafer. Å miste 20 av disse 50 er mye mer smertefullt og det er mye mindre sannsynlighet for å være lønnsomt.

Merk: Verdiene i dette eksemplet brukes kun til demonstrasjonsformål og er ikke nødvendigvis representative for virkelige avkastninger.

Chiplets

For å bekjempe dette problemet, har prosessorprodusenter skilt ut noen av funksjonaliteten og komponentene i én eller flere separate brikker, selv om de forblir i samme generelle pakke. Disse separerte brikkene er mindre enn en enkelt monolittisk brikke ville være og er kjent som "chiplets".

Hver enkelt brikke trenger ikke engang å bruke samme prosessnode. Det er fullt mulig å ha både 7 nm og 14 nm baserte chiplets i samme totalpakke. Å bruke en annen prosessnode kan bidra til å spare kostnader, ettersom det er lettere å lage større noder, og utbyttet er generelt høyere ettersom teknologien er mindre banebrytende.

Tips: Prosessnode er begrepet som brukes for å referere til skalaen til transistorer som brukes.

For eksempel, i AMDs andre generasjons EPYC-server-CPUer, er CPU-prosessorkjernene delt over åtte separate brikker, som hver bruker 7 nm-prosessornoden. En separat 14 nm nodebrikke brukes også til å behandle I/O, eller Input/Output av brikkene og den samlede CPU-pakken.

Intel designer noen av sine fremtidige CPUer for å ha to separate CPU-prosessorbrikker, som hver kjører på en annen prosessnode. Tanken er at den eldre spiskammernoden kan brukes til oppgaver med lavere strømkrav, mens de nyere CPU-kjernene med mindre node kan brukes når maksimal ytelse er nødvendig. Designet med en delt prosesseringsnode vil være spesielt nyttig for Intel som har slitt med å oppnå akseptable utbytter for sin 10 nm-prosess