Ponte Vecchio на Intel и Zen 3 на AMD го покажуваат ветувањето за напредна технологија за пакување со полупроводници

Интел и AMD разговараа за некои од нивните најнапредни дизајни на чипови на Меѓународната конференција за кола со цврста состојба оваа недела, и ја истакнаа улогата што ја игра напредното пакување во нивните идни производи со чипови со висока класа. Во двата случаи, импресивните нови способности за изведба доаѓаат од модуларните пристапи кои комбинираат градежни блокови направени во различни фабрики користејќи различни производни процеси. Тоа го илустрира огромниот потенцијал на пакувањето на чипови во иднината на иновациите во полупроводниците.

Целниот пазар на Интел за Ponte Vecchio е како модул со високи перформанси што треба да се вгради во големи системи за центри за податоци. Тоа е единица за графичка обработка (GPU) и е дизајнирана за апликации во вештачка интелигенција, машинско учење и компјутерска графика. Името го добил по средновековниот камен мост кој го поврзува Пјаца дела Сињорија од едната страна на реката Арно во Фиренца, Италија со Палацо Пити од другата страна. Еден од најважните моменти на дизајнот е како поврзува мноштво специјализирани чиплети - блокови за градење на интегрирани кола кои се наменети да се комбинираат за да се направат целосни системи.

Ponte Vecchio користи осум „плочки“ произведени на најнапредниот процес од 5 nm на Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC). Секоја плочка има осум „Х^e” јадра, и секое од осумте јадра има осум векторски и осум специјализирани матрични мотори. Плочките се поставени на врвот на „основната плочка“, која ги поврзува со меморијата и надворешниот свет со џиновска ткаенина со прекинувач. Оваа основна плочка е изградена со користење на процесот „Интел 7“ на компанијата, што е ново име за подобрениот процес на производство на SuperFin од 10 nm на компанијата. Исто така, постои мемориски систем со високи перформанси наречен „RAMBO“, што значи меморија за случаен пристап, оптимизирана ширина на опсег, која е изградена на основна плочка користејќи технологија за интерконекција Intel 7 Foveros. Вградени се и многу други градежни блокови.

Дизајнот Ponte Vecchio е студија на случај во хетерогена интеграција - комбинира 63 различни плочки (47 кои вршат пресметковни функции и 16 за термичко управување) со вкупно над 100 милијарди транзистори во едно пакување кое е 77.5 x 62.5 mm (приближно 3 x 2.5 инчи). Не беше толку одамна кога толку многу компјутерска моќ го исполни складиштето и бараше сопствено поврзување со електричната мрежа. Инженерските предизвици во таков дизајн се многу:

Поврзување на сите делови. На дизајнерите им треба начин да ги преместат сигналите помеѓу сите различни чипови. Во старите времиња тоа се правело со жици или траги на печатените плочки, а чиповите се прицврстувале со лемење на плочите. Но, тоа одамна остана без пареа, бидејќи бројот на сигнали и брзината се зголемија. Ако ставите сè во еден чип, можете да ги поврзете со метални траги во задниот крај на процесот на производство. Ако сакате да користите повеќе чипови, тоа значи дека ви требаат многу иглички за поврзување и сакате поврзувачките растојанија да бидат кратки. Интел користи две технологии за да го поддржи ова. Првиот е неговиот „вграден мост за интерконекција со повеќе матрици“ (EMIB) кој е направен од мала парче силикон што може да обезбеди стотици или илјадници врски истовремено, а втората е неговата технологија за натрупување Foveros. се користи во неговиот мобилен процесор Lakefield.

Уверете се дека сите делови се синхронизирани. Откако ќе поврзете многу различни делови, треба да се осигурате дека сите делови можат да разговараат едни со други синхронизирано. Ова обично значи дистрибуирање на сигнал за тајминг познат како часовник, така што сите чипови можат да работат во чекор. Излегува дека ова не е тривијално, бидејќи сигналите имаат тенденција да се искривуваат, а околината е многу бучна, со многу сигнали кои отскокнуваат наоколу. Секоја компјутерска плочка, на пример, има повеќе од 7,000 врски на простор од 40 квадратни милиметри, така што тоа е многу за синхронизирање.

Управување со топлина. Секој од модуларните плочки бара многу енергија, а нивното рамномерно доставување низ целата површина додека се отстранува топлината што се создава е огромен предизвик. Мемориските чипови се наредени некое време, но топлината што се создава е прилично рамномерно распределена. Процесорските чипови или плочки може да имаат жаришта во зависност од тоа колку силно се користат, а управувањето со топлина во 3D куп чипови не е лесно. Интел користеше процес на метализација за задните страни на чиповите и ги интегрираше со топлински распрскувачи за да се справи со проектираните 600 вати произведени од системот Ponte Vecchio.

Првичните лабораториски резултати кои Интел ги објави вклучуваа >45 Терафлопс перформанси. Суперкомпјутерот Аурора што се гради во националните лаборатории Argonne ќе користи повеќе од 54,000 Ponte Vecchios заедно со повеќе од 18,000 процесори од следната генерација Xeon. Аурора има насочени врвни перформанси од над 2 Ексафлоп, што е 1,000 пати повеќе од машината Терафлоп. Во средината на 1990-тите, кога бев во бизнисот со суперкомпјутери, една Терафлоп машина беше научен проект вреден 100 милиони долари.

Зен 3 на AMD

AMD зборуваше за своето јадро на микропроцесор од втората генерација Zen 3, изградено на 7 nm процесот на TSMC. Ова јадро на микропроцесорот беше дизајнирано да се користи низ пазарните сегменти на AMD, од мобилни уреди со мала моќност, десктоп компјутери, па сè до неговите најмоќни сервери за центри за податоци. Централниот принцип на оваа стратегија беше пакувањето на неговото јадро Зен 3 со функции за поддршка како „комплекс на јадрото“ на еден чиплет, кој служеше како модуларни градежни блокови слично како плочките на Интел. Така тие би можеле да спакуваат осум чиплети заедно за работна површина или сервер со високи перформанси, или четири чиплети за систем на вредности, како евтин домашен систем што би можел да го купам. AMD, исто така, ги поставува чиповите вертикално со користење на она што се нарекува преку силиконски вијали (TSV), начин на поврзување на повеќе чипови поставени еден врз друг. Исто така, може да комбинира два до осум од овие чиплети со серверот направен на процес на GlobalFoundries 12 nm за да го направи својот 3^rd генерација EPYC серверски чипови.

Големата можност што ја истакнуваат Ponte Vecchio и Zen 3 е способноста да се мешаат и усогласат чиповите направени со различни процеси. Во случајот на Интел, ова вклучуваше делови направени самостојно, како и најнапредните процеси на TSMC. AMD може да комбинира делови од TSMC и GlobalFoundries. Голема предност од поврзувањето на помалите чиплети или плочки заедно наместо само изградбата на еден голем чип е тоа што помалите ќе имаат подобри производствени приноси и затоа се поевтини. Можете исто така да измешате и споите нови чиплети со постари докажани за кои знаете дека се добри или кои се направени на поевтин процес.

И дизајните на AMD и Intel се технички турнеи де сила. Без сомнение тие претставуваат многу напорна работа и учење, и претставуваат огромни инвестиции во ресурси. Но, исто како што IBM воведе модуларни потсистеми во својот главен систем/360 во 1960-тите, а персоналните компјутери станаа модуларни во 1980-тите, модуларното преградување на силиконските микросистеми како што е примерот на овие два дизајни и овозможено со напредното пакување на чипови најавува значителна технолошка промена. Се разбира, многу од можностите прикажани овде сè уште се надвор од дофатот на повеќето старт-ап, но можеме да замислиме дека кога технологијата ќе стане подостапна, таа ќе ослободи бран на иновации за мешање и поклопување.