- Mikroshēmas sadala sarežģītu sistēmu mazākos funkcionālos blokos, uzlabojot ražošanu.
- Tie nodrošina lielāku mērogojamību un elastību, apvienojot dažādus ražošanas mezglus vienā sistēmā.
- Uzņēmumi, piemēram, AMD, ir vadošie ar šo pieeju savos procesoros un GPU, pārvarot monolītā dizaina problēmas.
Chiplet tehnoloģija rada apvērsumu procesoru un elektronisko komponentu projektēšanā un ražošanā. Bet kas īsti ir chiplets? Kāpēc viņi nosaka tik svarīgu tendenci tehnoloģiju nozarē? Turpmākajās rindiņās mēs iedziļināsimies aizraujošajā mikroshēmu pasaulē, izpētot to izcelsmi, priekšrocības, ierobežojumus un to, kā tie pārveido tādas nozares kā procesori, GPU un citas.
Kopš to sākotnējās ieviešanas mikroshēmas no mazpazīstama tehniska rīka ir kļuvušas par modernas aparatūras dizaina pamatpīlāru. Uzņēmumi, piemēram, AMD , Intel un nesen arī citi nozares dalībnieki, ir sākuši izpētīt šo modulāro pamatelementu piedāvātās iespējas. Šeit atradīsiet visu nepieciešamo, kas jums jāzina, skaidri un detalizēti izskaidrotu.
Kas ir mikroshēma?
Čiplets būtībā ir integrētās shēmas daļa vai bloks, kas, darbojoties kopā ar citiem mikroshēmiem, veido daļu no lielākas sistēmas. Tā vietā, lai visu procesoru vai GPU projektētu kā vienu monolītu mikroshēmu , ražotāji sadala dizainu vairākās mazākās mikroshēmās, kas savstarpēji savienojas, veidojot pilnīgu sistēmu. Šī modulārā pieeja vienkāršo dizainu , samazina izmaksas un uzlabo mērogojamību.
Šī koncepcija nav gluži jauna , jo daudzmikroshēmu moduļi (MCM) pastāv jau gadu desmitiem. Tomēr mikroshēmu inovācija slēpjas to elastībā: katru mikroshēmu var ražot dažādos mezglos, kas ļauj daudz efektīvāk optimizēt izmaksas un veiktspēju .
Čipletu lietošanas motivācija
Čipletu izmantošana galvenokārt rodas kā risinājums arvien sarežģītākajām mikroshēmu projektēšanas un ražošanas problēmām . Monolīta mikroshēma ir saistīta ar lielāku defektu varbūtību, augstākām izmaksām un mērogojamības problēmām . Piemēram, sadalot sistēmu mazākās mikroshēmās, var uzlabot veiktspēju silīcija plāksnēs , palielinot iegūto izmantojamo mikroshēmu skaitu.
Iedomājieties silīcija vafeli: kad tiek ražota liela monolīta mikroshēma, jebkurš defekts tās zonā ietekmē visas mikroshēmas funkcionalitāti. Sadalot dizainu mazākās mikroshēmās, defektiem ir mazāka ietekme, jo tie ir ierobežoti līdz nelielai daļai no kopējās sistēmas, tādējādi samazinot atkritumus.
Galvenās mikroshēmu priekšrocības
- Izmaksu samazināšana: Mazāku mikroshēmu ražošana palielina noderīgo vienību skaitu uz vafeles, kas Samazina izmaksas par vienu funkcionālo mikroshēmu.
- Mērogojamība: Mikroshēmas ļauj izveidot moduļu sistēmas, kas atvieglo jaunu sistēmu pievienošanu. serdeņi vai funkcijas atbilstoši vajadzībām.
- Ražošanas mezglu elastība: Katru mikroshēmu var izgatavot, izmantojot dažādus procesus (piemēram, 7 nm apstrādes serdeņus un 14 nm kontrolierus), izmaksu un veiktspējas optimizēšana.
- Attīstības ātrums: Jau izstrādātu mikroshēmu atkārtota izmantošana paātrina jaunu produktu paaudžu radīšanu.
Praktiski piemēri mikroshēmu projektēšanai
Spilgts piemērs ir AMD Ryzen procesoru sērija . Sākot ar trešo paaudzi (Ryzen 3000), AMD ieviesa mikroshēmu pieeju, kur apstrādes kodoli (CCD) tika ražoti, izmantojot 7 nm tehnoloģiju, savukārt ievades/izvades (IOD) mikroshēmā tika izmantots ekonomiskāks 12 nm ražošanas mezgls. Šis dizains tika saglabāts Ryzen 5000 un 7000 paaudzēs, ļaujot AMD pārvarēt daudzas monolītu mikroshēmu problēmas.
Vēl viens būtisks piemērs ir AMD Radeon RX 7000 GPU , kas ievieš uz mikroshēmām balstītu atmiņas un kešatmiņas dizainu , atbrīvojot vietu galvenajā grafikas kodolā un samazinot kopējo dizaina sarežģītību.
Atšķirības starp mikroshēmām un MCM
Ir svarīgi nejaukt mikroshēmas ar iepriekšminētajiem daudzmikroshēmu moduļiem (MCM). Lai gan abi grupē vairākas mikroshēmas vienā korpusā, mikroshēmas attiecas uz konkrētiem funkcionāliem blokiem, kas darbojas kopā kā integrēta sistēma. Turpretī MCM vienkārši grupē vairākas mikroshēmas bez tādas pašas funkcionālās kohēzijas, kādu piedāvā mikroshēmas.
Piemēram, procesors ar MCM dizainu var ietvert vairākus kodolus un atmiņu, bet bez īpašas optimizācijas, ko mikroshēmas ļauj darboties efektīvāk un mērogojamāk.
Čipletu ierobežojumi un izaicinājumi
Uz čipiem balstītam dizainam ir arī savi trūkumi. Šī pieeja rada arī dažas būtiskas tehniskas problēmas :
- Latentums: Saziņa starp mikroshēmām pievieno papildu latentumus, kas var ietekmēt veiktspēju reakcijas laika jutīgās lietojumprogrammās.
- Interposer sarežģītība: Interposers, kas darbojas kā starpnieki starp mikroshēmām, ir jāprojektē tā, lai efektīvi apstrādāt vairākus savienojumus, kas palielina sarežģītību un izmaksas.
- Enerģijas patēriņš: Starpsavienojums starp mikroshēmām var palielināt enerģijas patēriņu, it īpaši, ja tas nav pareizi optimizēts.
- Standarti: Standartizācijas trūkums komunikācijas saskarnēs var apgrūtina dažādu ražotāju mikroshēmu integrēšanu.
Čipletu nākotne
Čipletu nākotne izskatās daudzsološa, īpaši ņemot vērā tādu savienojumu standartu kā UCIe (Universal Chiplet Interconnect Express) ieviešanu , kas ļaus dažādu ražotāju mikroshēmas apvienot vienā sistēmā . Tas pavērs durvis heterogēnākiem un sadarbības risinājumiem, kur specializēti uzņēmumi varēs sniegt savus komponentus globālajai ekosistēmai.
Iespējamais nākotnes scenārijs varētu ietvert sistēmas ar viena ražotāja CPU, cita ražotāja GPU un īpašiem trešās puses paātrinātājiem, kas visas ir efektīvi savienotas, pateicoties atvērtiem standartiem.
Čipletu tehnoloģija ir palikusi. Tās spēja pārvarēt tehniskos ierobežojumus, samazināt izmaksas un piedāvāt mērogojamus risinājumus pārveido pusvadītāju ainavu. Tā kā tādi uzņēmumi kā AMD, Intel un Nvidia ir līderi, un līdz ar starpsavienojumu standartu parādīšanos , mikroshēmu izmantošana paplašināsies ārpus procesoriem un grafiskajiem procesoriem, lai risinātu jaunus pielietojumus tādās nozarēs kā autobūve, mākslīgais intelekts un mākoņdatošana. Lai gan mikroshēmas nav bez izaicinājumiem, tās pārstāv modulāru pieeju, kas no jauna definē elektronisko komponentu projektēšanu un ražošanu.
