Intel Ponte Vecchio un AMD Zen 3 parāda progresīvas pusvadītāju iepakošanas tehnoloģijas solījumu

Intel un AMD šonedēļ Starptautiskajā cietvielu shēmu konferencē apsprieda dažus no saviem vismodernākajiem mikroshēmu dizainiem, un viņi uzsvēra lomu, kāda ir uzlabotajam iepakojumam viņu nākotnes augstas klases mikroshēmu produktos. Abos gadījumos iespaidīgās jaunās veiktspējas iespējas nāk no modulārām pieejām, kas apvieno celtniecības blokus, kas izgatavoti dažādās ražotnēs, izmantojot dažādus ražošanas procesus. Tas ilustrē mikroshēmu iepakojuma plašo potenciālu pusvadītāju inovācijas nākotnē.

Intel mērķa tirgus Ponte Vecchio ir augstas veiktspējas modulis, kas jāiebūvē lielās datu centru sistēmās. Tā ir grafikas apstrādes vienība (GPU), un tā ir paredzēta lietojumprogrammām mākslīgajā intelektā, mašīnmācībā un datorgrafikā. Tas ir nosaukts pēc viduslaiku akmens tilta, kas savieno Piazza della Signoria vienā Arno upes pusē Florencē, Itālijā, ar Pallazzo Pitti otrā pusē. Viens no dizaina akcentiem ir tas, kā tas savieno daudzas specializētas mikroshēmas — integrētās shēmas blokus, kas ir paredzēti apvienošanai, lai izveidotu pilnīgas sistēmas.

Ponte Vecchio izmanto astoņas “flīzes”, kas ražotas Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) vismodernākajā 5 nm procesā. Katrai flīzei ir astoņi “X^e” kodoli, un katram no astoņiem kodoliem savukārt ir astoņi vektoru un astoņi specializēti matricas dzinēji. Flīzes tiek novietotas uz "pamata flīzes", kas savieno tās ar atmiņu un ārpasauli ar milzīgu slēdža audumu. Šī pamata flīze ir veidota, izmantojot uzņēmuma “Intel 7” procesu, kas ir jauns nosaukums uzņēmuma uzlabotajam 10 nm SuperFin ražošanas procesam. Ir arī augstas veiktspējas atmiņas sistēma ar nosaukumu “RAMBO”, kas apzīmē brīvpiekļuves atmiņu, joslas platums optimizēta, kas tika veidota uz pamata flīzes, izmantojot Intel 7 Foveros starpsavienojumu tehnoloģiju. Ir iekļauti arī daudzi citi celtniecības bloki.

Ponte Vecchio dizains ir gadījuma izpēte neviendabīgā integrācijā – apvienojot 63 dažādas flīzes (47, kas veic skaitļošanas funkcijas un 16 – siltuma pārvaldībai) ar kopumā vairāk nekā 100 miljardiem tranzistoru vienā iepakojumā, kas ir 77.5 x 62.5 mm (aptuveni 3 x). 2.5 collas). Tas nebija tik sen, kad tik daudz skaitļošanas jaudas piepildīja noliktavu un prasīja savu pieslēgumu elektrotīklam. Šādā dizainā ir daudz inženiertehnisko izaicinājumu:

Visu detaļu savienošana. Dizaineriem ir nepieciešams veids, kā pārvietot signālus starp visām atšķirīgajām mikroshēmām. Senākos laikos to darīja ar vadiem vai pēdām uz iespiedshēmu platēm, un mikroshēmas tika piestiprinātas, pielodējot tās pie dēļiem. Bet tas jau sen beidzās, jo pieauga signālu skaits un ātrums. Ja visu ievietojat vienā mikroshēmā, varat tos savienot ar metāla pēdām ražošanas procesa aizmugurē. Ja vēlaties izmantot vairākas mikroshēmas, tas nozīmē, ka jums ir nepieciešams daudz savienojošo tapu un vēlaties, lai savienojuma attālumi būtu īsi. Intel izmanto divas tehnoloģijas, lai to atbalstītu. Pirmais ir tā "iegultais vairāku formu starpsavienojumu tilts" (EMIB), kas ir izgatavots no neliela silīcija šķembas, kas vienlaikus var nodrošināt simtiem vai tūkstošiem savienojumu, un otrais ir tā Foveros die-to-die sakraušanas tehnoloģija. izmanto savā Lakefield mobilajā procesorā.

Pārliecinieties, vai visas daļas ir sinhronizētas. Kad esat savienojis daudz atšķirīgu daļu, jums ir jānodrošina, lai visas daļas varētu sinhroni sarunāties viena ar otru. Tas parasti nozīmē laika signāla, kas pazīstams kā pulkstenis, izplatīšanu, lai visas mikroshēmas varētu darboties bloķētā solī. Izrādās, ka tas nav mazsvarīgi, jo signāli mēdz būt šķībi un vide ir ļoti trokšņaina, un apkārt ir daudz signālu. Piemēram, katrā skaitļošanas elementā ir vairāk nekā 7,000 savienojumu 40 kvadrātmilimetru platībā, tāpēc tas ir daudz, kas jāsinhronizē.

Siltuma pārvaldīšana. Katrai no moduļu flīzēm ir nepieciešama liela jauda, ​​un vienmērīgi nodrošināt to pa visu virsmu, vienlaikus novēršot radīto siltumu, ir milzīgs izaicinājums. Atmiņas mikroshēmas jau kādu laiku ir sakrautas, taču ģenerētais siltums ir diezgan vienmērīgi sadalīts. Procesora mikroshēmās vai flīzēs var būt karstie punkti atkarībā no tā, cik intensīvi tie tiek izmantoti, un siltuma pārvaldīšana 3D mikroshēmu kaudzē nav vienkārša. Intel izmantoja metalizācijas procesu mikroshēmu aizmugurējām pusēm un integrēja tās ar siltuma izkliedētājiem, lai apstrādātu paredzētos 600 vatus, ko ražo Ponte Vecchio sistēma.

Sākotnējie laboratorijas rezultāti, par kuriem ziņoja Intel, ietvēra >45 teraflops veiktspēju. Aurora superdators, kas tiek būvēts Argonne National Laboratories, izmantos vairāk nekā 54,000 18,000 Ponte Vecchio kopā ar vairāk nekā 2 1,000 nākamās paaudzes Xeon procesoriem. Aurora maksimālā veiktspēja ir vairāk nekā 1990 Exaflops, kas ir 100 reižu vairāk nekā Teraflop mašīnai. Deviņdesmito gadu vidū, kad es nodarbojos ar superdatoru biznesu, viena Teraflop mašīna bija XNUMX miljonu dolāru zinātnisks projekts.

AMD Zen 3

AMD runāja par savu Zen 3 otrās paaudzes mikroprocesora kodolu, kas balstīts uz TSMC 7 nm procesu. Šis mikroprocesora kodols tika izstrādāts izmantošanai visos AMD tirgus segmentos, sākot no mazjaudas mobilajām ierīcēm, galddatoriem un līdz pat jaudīgākajiem datu centra serveriem. Šīs stratēģijas galvenais princips bija tā Zen 3 kodola iesaiņošana ar atbalsta funkcijām kā “pamata komplekss” vienā mikroshēmā, kas kalpoja kā moduļu bloki līdzīgi kā Intel flīzes. Tādējādi viņi varētu iepakot astoņas mikroshēmas kopā augstas veiktspējas galddatoram vai serverim vai četras mikroshēmas vērtību sistēmai, piemēram, lētu mājas sistēmu, ko es varētu nopirkt. AMD arī saliek mikroshēmas vertikāli, izmantojot tā sauktos caurlaides silīcija caurumus (TSV), kas ir veids, kā savienot vairākas mikroshēmas, kas novietotas viena virs otras. Tas varētu arī apvienot divas līdz astoņas no šīm mikroshēmām ar servera formu, kas izgatavota, izmantojot GlobalFoundries 12 nm procesu, lai izveidotu tās 3^rd paaudzes EPYC serveru mikroshēmas.

Lieliskā iespēja, ko izceļ Ponte Vecchio un Zen 3, ir iespēja sajaukt un saskaņot mikroshēmas, kas izgatavotas, izmantojot dažādus procesus. Intel gadījumā tas ietvēra detaļas, kas izgatavotas gan atsevišķi, gan TSMC vismodernākajos procesos. AMD varētu apvienot daļas no TSMC un GlobalFoundries. Liela priekšrocība, savienojot kopā mazākas mikroshēmas vai flīzes, nevis tikai veidojot vienu lielu mikroshēmu, ir tā, ka mazākajām mikroshēmām būs labāks ražošanas ražīgums un tāpēc tās ir lētākas. Varat arī sajaukt jaunas mikroshēmas ar vecākām, pārbaudītām, par kurām zināt, ka tās ir labas vai kas izgatavotas lētākā procesā.

Gan AMD, gan Intel dizaini ir tehniski tours de force. Nav šaubu, ka tie ir smags darbs un mācīšanās, kā arī milzīgas resursu investīcijas. Taču tāpat kā IBM ieviesa modulāras apakšsistēmas savā lielajā datorā System/360 1960. gados, bet personālie datori kļuva par modulāriem 1980. gados, silīcija mikrosistēmu modulāra sadalīšana, kā piemēru var minēt šos divus dizainus un uzlaboto mikroshēmu iepakojumu, vēsta par būtisku tehnoloģiju maiņu. Protams, daudzas no šeit parādītajām iespējām joprojām nav pieejamas lielākajai daļai jaunuzņēmumu, taču mēs varam iedomāties, ka tad, kad tehnoloģija kļūs pieejamāka, tā atraisīs dažādu jauninājumu vilni.