Интелов Понте Веццхио и АМД-ов Зен 3 показују обећање напредне технологије полупроводничког паковања

Интел и АМД су ове недеље расправљали о неким од својих најнапреднијих дизајна чипова на Међународној конференцији за кола чврстог стања, и истакли су улогу коју напредно паковање игра у њиховим будућим врхунским чиповима. У оба случаја, импресивне нове могућности перформанси долазе из модуларних приступа који комбинују блокове направљене у различитим фабрикама користећи различите производне процесе. Она илуструје огроман потенцијал паковања чипова у будућности иновација у полупроводницима.

Интелово циљно тржиште за Понте Веццхио је модул високих перформанси који се уграђује у велике системе центара података. То је јединица за графичку обраду (ГПУ) и дизајнирана је за апликације у вештачкој интелигенцији, машинском учењу и компјутерској графици. Име је добио по средњовековном каменом мосту који повезује Пиазза делла Сигнориа на једној страни реке Арно у Фиренци у Италији са Палацо Питти на другој страни. Један од врхунаца дизајна је како повезује мноштво специјализованих чипова – блокова интегрисаних кола који су намењени да се комбинују да би се направили комплетни системи.

Понте Веццхио користи осам „плочица“ произведених по најнапреднијем 5 нм процесу компаније Таиван Семицондуцтор Мануфацтуринг Цомпани (ТСМЦ). Свака плочица има осам „Кс^e” језгра, а свако од осам језгара заузврат има осам векторских и осам специјализованих матричних мотора. Плочице су постављене на "основну плочицу", која их повезује са меморијом и спољним светом помоћу џиновске тканине за прекидаче. Ова основна плочица је направљена коришћењем „Интел 7“ процеса компаније, што је ново име за унапређени 10 нм СуперФин производни процес компаније. Постоји и меморијски систем високих перформанси под називом „РАМБО“, што је скраћеница за меморију са случајним приступом, оптимизовану пропусност, која је изграђена на основној плочици користећи Интел 7 Фоверос технологију интерконекције. Уграђено је и много других грађевинских блокова.

Дизајн Понте Веццхио је студија случаја у хетерогеној интеграцији – комбинујући 63 различите плочице (47 које обављају рачунарске функције и 16 за управљање топлотом) са укупно преко 100 милијарди транзистора у једном пакету који је 77.5 к 62.5 мм (приближно 3 к 2.5 инча). Није било тако давно када је толика рачунарска снага испунила складиште и захтевала сопствену везу са електричном мрежом. Инжењерски изазови у таквом дизајну су бројни:

Повезивање свих делова. Дизајнерима је потребан начин да померају сигнале између свих различитих чипова. У стара времена то се радило жицама или траговима на штампаним плочама, а чипови су се причвршћивали лемљењем на плоче. Али то је одавно нестало, како су се повећали број сигнала и брзина. Ако све ставите у један чип, можете их повезати са металним траговима у задњем крају производног процеса. Ако желите да користите више чипова, то значи да вам је потребно много пинова за повезивање и желите да раздаљине повезивања буду кратке. Интел користи две технологије да то подржи. Први је његов „уграђени мулти-дие интерцоннецт бридге“ (ЕМИБ) који је направљен од малог силикона који може да обезбеди стотине или хиљаде конекција истовремено, а други је његова Фоверос технологија за слагање са мамицама на утичницу. користи у свом Лакефиелд мобилном процесору.

Уверите се да су сви делови синхронизовани. Када повежете много различитих делова, морате осигурати да сви делови могу да разговарају једни са другима у синхронизацији. Ово обично значи дистрибуцију временског сигнала познатог као сат, тако да сви чипови могу да раде узастопно. Испоставило се да ово није тривијално, јер сигнали имају тенденцију да буду искривљени и окружење је веома бучно, са пуно сигнала који се одбијају. Свака рачунарска плочица, на пример, има више од 7,000 веза у простору од 40 квадратних милиметара, тако да је то много за синхронизацију.

Управљање топлотом. Свака од модуларних плочица захтева много енергије, а њено равномерно испоручивање по целој површини уз уклањање топлоте која се ствара је огроман изазов. Меморијски чипови су били сложени већ неко време, али топлота која се генерише је прилично равномерно распоређена. Чипови или плочице процесора могу имати вруће тачке у зависности од тога колико се интензивно користе, а управљање топлотом у 3Д хрпи чипова није лако. Интел је користио процес метализације за задње стране чипова и интегрисао их са распршивачима топлоте да би се носио са пројектованим 600 вати које производи систем Понте Веццхио.

Почетни лабораторијски резултати које је Интел известио укључивали су перформансе >45 терафлопса. Суперкомпјутер Аурора који се гради у Аргонне Натионал Лабораториес користиће више од 54,000 Понте Веццхиос заједно са више од 18,000 Ксеон процесора следеће генерације. Аурора има циљане вршне перформансе од преко 2 Екафлопса, што је 1,000 пута више од Терафлоп машине. Средином 1990-их, када сам се бавио суперкомпјутером, машина са једним Терафлопом била је научни пројекат вредан 100 милиона долара.

АМД-ов Зен 3

АМД је говорио о свом Зен 3 микропроцесорском језгру друге генерације изграђеном на ТСМЦ-овом 7 нм процесу. Ово језгро микропроцесора је дизајнирано да се користи у свим АМД-овим тржишним сегментима, од мобилних уређаја мале потрошње, десктоп рачунара, па све до његових најмоћнијих сервера центара података. Централни принцип ове стратегије био је паковање његовог Зен 3 језгра са функцијама подршке као „комплекса језгра“ на једном чипу, који је служио као модуларни градивни блокови слично Интеловим плочицама. Тако су могли да упакују осам чипова заједно за десктоп или сервер високих перформанси, или четири чипа за систем вредности, попут јефтиног кућног система који бих могао да купим. АМД такође слаже чипове вертикално користећи оно што се назива пролазним силиконским везовима (ТСВ), начин повезивања више чипова постављених један на други. Такође би могао да комбинује два до осам ових чипова са матрицом сервера направљеном на ГлобалФоундриес 12 нм процесу како би направио своја 3^rd генерација ЕПИЦ серверских чипова.

Велика прилика коју истичу Понте Веццхио и Зен 3 је могућност мешања и спајања чипова направљених коришћењем различитих процеса. У Интеловом случају, ово је укључивало делове направљене како сам, тако и ТСМЦ-ове најнапредније процесе. АМД би могао да комбинује делове из ТСМЦ и ГлобалФоундриес. Велика предност спајања мањих чиплета или плочица заједно, уместо да се само прави један велики чип, јесте то што ће мањи имати бољи производни принос и стога су јефтинији. Такође можете да комбинујете нове чиплетове са старијим доказаним чиплетима за које знате да су добри или који су направљени по јефтинијем процесу.

И АМД и Интел дизајни су технички тоурс де форце. Нема сумње да представљају много напорног рада и учења, и представљају огромна улагања ресурса. Али баш као што је ИБМ представио модуларне подсистеме у свом главном рачунару Систем/360 1960-их, а персонални рачунари су постали модуларни 1980-их, модуларно раздвајање силицијумских микросистема као што су примери ова два дизајна и омогућено напредним паковањем чипова најављује значајну технолошку промену. Узимајући у обзир да су многе могућности приказане овде још увек ван домашаја већине новооснованих предузећа, али можемо замислити да ће, када технологија постане приступачнија, покренути талас мешања и спајања иновација.