Vad är CPU-chiplets?

Historiskt har processorer snabbt ökat prestanda i enlighet med den informella "Moore's Law". Moores lag är en observation att antalet transistorer i processorer, och därmed processorkraften, fördubblas ungefär vartannat år.

Moores lag höll sig ganska konsekvent i årtionden sedan den först lades fram 1965, främst på grund av att processortillverkare gjorde kontinuerliga framsteg i hur små de kunde göra transistorerna. Att krympa processortransistorstorleken ökar prestandan eftersom fler transistorer då kan passa in i ett mindre utrymme och eftersom mindre komponenter är mer energieffektiva.

Moores lag är död

Realistiskt sett kommer Moores lag aldrig att hålla för evigt, eftersom det blir svårare och svårare att krympa komponenter ju mindre de blir. Sedan 2010, på 14 och 10 nanometers skala – det är 10 miljarddelar av en meter – har processortillverkarna börjat springa in i kanten av vad som är fysiskt möjligt. Processortillverkarna har verkligen kämpat för att fortsätta att krympa processstorleken under 10 nm, även om från och med 2020 finns några 7 nm chips tillgängliga och 5 nm chips är i designstadiet.

För att bekämpa bristen på processkrympning har processortillverkarna varit tvungna att använda andra metoder för att fortsätta att öka processorprestandan. En av dessa metoder är helt enkelt att göra större processorer.

Avkastning

En av problemen med att skapa en otroligt komplex processor som denna är att utbytet av processen inte är 100 %. Vissa av de processorer som tillverkas är helt enkelt felaktiga när de tillverkas och måste slängas. När du gör en större processor betyder det större området att det finns en större chans för varje chip att ha ett fel som kräver att det slängs.

Processorer tillverkas i omgångar, med många processorer på en enda kiselskiva. Till exempel, om dessa wafers innehåller 20 fel vardera i genomsnitt, måste ungefär 20 processorer per wafer slängas. Med en liten CPU-design kan det finnas, säg hundra processorer på en enda wafer; att förlora 20 är inte bra, men en avkastning på 80 % borde vara lönsam. Med en större design får du dock inte plats med lika många processorer på en enskild wafer, med kanske bara 50 större processorer som passar på en wafer. Att förlora 20 av dessa 50 är mycket mer smärtsamt och är mycket mindre sannolikt att vara lönsamt.

Obs: Värdena i det här exemplet används endast i demonstrationssyfte och är inte nödvändigtvis representativa för verkliga avkastningar.

Chiplets

För att bekämpa detta problem har processortillverkarna separerat en del av funktionaliteten och komponenterna i ett eller flera separata chips, även om de förblir i samma övergripande paket. Dessa separerade chip är mindre än ett enda monolitiskt chip skulle vara och är kända som "chiplets".

Varje enskild chiplet behöver inte ens använda samma processnod. Det är fullt möjligt att ha både 7 nm och 14 nm baserade chiplets i samma helhetspaket. Att använda en annan processnod kan hjälpa till att spara kostnader, eftersom det är lättare att göra större noder och avkastningen är generellt sett högre eftersom tekniken är mindre i framkant.

Tips: Processnod är termen som används för att referera till skalan på transistorer som används.

Till exempel, i AMD:s andra generationens EPYC-server-CPU:er är CPU-processorkärnorna uppdelade över åtta separata chiplets, som var och en använder 7 nm-processornoden. En separat 14 nm nodchiplet används också för att bearbeta I/O, eller Input/Output för chipletarna och det övergripande CPU-paketet.

Intel designar några av sina framtida CPU:er för att ha två separata CPU-processorchips, som var och en körs på en annan processnod. Tanken är att den äldre matrumsnoden kan användas för uppgifter med lägre effektkrav, medan de nyare CPU-kärnorna för mindre noder kan användas när maximal prestanda behövs. Designen med en delad bearbetningsnod kommer att vara särskilt användbar för Intel som har kämpat för att uppnå acceptabla utbyten för sin 10 nm-process