Що таке мікросхеми процесора?

Історично процесори швидко підвищували продуктивність відповідно до неформального «закону Мура». Закон Мура – ​​це спостереження, що кількість транзисторів у процесорах і, отже, обчислювальна потужність процесорів подвоюються приблизно кожні два роки.

Закон Мура досить стабільно діяв протягом десятиліть з моменту його вперше сформульованого в 1965 році, в першу чергу завдяки тому, що виробники процесорів постійно вдосконалюються в тому, наскільки малими вони можуть зробити транзистори. Зменшення розміру транзистора процесора підвищує продуктивність, оскільки більше транзисторів може поміститися в меншому просторі, а менші компоненти є більш енергоефективними.

Закон Мура мертвий

Проте реалістично закон Мура ніколи не буде діяти вічно, оскільки зменшувати компоненти стає все важче і важче, чим менше вони стають. З 2010 року в масштабах 14 і 10 нанометрів – це 10 мільярдних часток метра – виробники процесорів почали наштовхуватися на межі того, що фізично можливо. Виробники процесорів дійсно намагалися продовжувати скорочувати розмір процесу нижче 10 нм, хоча станом на 2020 рік доступні 7 нм мікросхеми, а 5 нм чіпи знаходяться на стадії проектування.

Щоб боротися з відсутністю усадки процесу, виробникам процесорів довелося використовувати інші методи, щоб продовжувати збільшувати продуктивність процесора. Одним із цих методів є просто створення більших процесорів.

Урожайність

Однією з проблем створення такого неймовірно складного процесора, як цей, є те, що вихід процесу не становить 100%. Деякі з виготовлених процесорів просто несправні, коли їх виготовляють, і їх потрібно викинути. При виготовленні більшого процесора, більша площа означає, що існує більша ймовірність того, що кожен чіп матиме недолік, який вимагає його викидання.

Процесори виготовляються партіями, з багатьма процесорами на одній кремнієвій пластині. Наприклад, якщо ці пластини містять у середньому 20 помилок кожна, то приблизно 20 процесорів на пластину потрібно буде викинути. При невеликому дизайні ЦП на одній пластині може бути, скажімо, сотня процесорів; Втрата 20 не велика, але прибутковість 80% повинна бути прибутковою. Однак із більшою конструкцією ви не зможете розмістити стільки процесорів на одній пластині, можливо, лише 50 більших процесорів поміщаються на пластині. Втрата 20 з цих 50 набагато болючіша і набагато менша ймовірність прибутку.

Примітка. Значення в цьому прикладі використовуються лише для демонстраційних цілей і не обов’язково відображають реальну врожайність.

чіплети

Щоб подолати цю проблему, виробники процесорів виділили деякі функції та компоненти на один або кілька окремих мікросхем, хоча вони залишаються в тому ж загальному пакеті. Ці розділені мікросхеми менші, ніж один монолітний чіп, і відомі як «чіплети».

Кожному окремому чиплету навіть не потрібно використовувати один і той самий вузол процесу. Цілком можливо мати чіплети на 7 нм і 14 нм в одному корпусі. Використання іншого технологічного вузла може допомогти заощадити витрати, оскільки легше робити більші вузли, а врожайність, як правило, вища, оскільки технологія менш передова.

Порада: процесний вузол – це термін, який використовується для позначення масштабу використовуваних транзисторів.

Наприклад, у серверних ЦП EPYC другого покоління AMD ядра процесора розподілені на вісім окремих чіплетів, кожен з яких використовує 7-нм процесорний вузол. Окремий вузол 14 нм чіплет також використовується для обробки вводу-виводу або введення-виводу чіплетів і загального пакету ЦП.

Intel розробляє деякі зі своїх майбутніх процесорів, щоб мати два окремих чіпи процесора, кожен з яких працює на іншому вузлі процесу. Ідея полягає в тому, що старіший вузол larder можна використовувати для завдань із нижчими вимогами до енергії, тоді як нові ядра ЦП меншого вузла можна використовувати, коли потрібна максимальна продуктивність. Конструкція з використанням розділеного вузла обробки буде особливо корисна для Intel, яка намагається досягти прийнятного виходу для свого 10-нм процесу.