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Les chiplets ne ‘rétablissent’ pas la loi de Moore – High-teK.ca

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Depuis que les puces sont devenues un sujet de discussion dans l’industrie des semi-conducteurs, il y a eu une sorte de bataille sur la façon d’en parler. Il n’est pas rare de voir des articles affirmant que les chiplets représentent une sorte de nouvelle avancée qui nous permettra de revenir à une ère de mise à l’échelle idéalisée et de génération de performances plus élevées.

Il y a deux problèmes avec ce cadrage. Tout d’abord, même si ce n’est pas tout à fait faux, c’est trop simpliste et obscurcit certains détails importants dans la relation entre les chiplets et la loi de Moore. Deuxièmement, lancer des chiplets strictement en termes de loi de Moore ignore certaines des idées les plus excitantes sur la façon dont nous devrions les utiliser à l’avenir.

Les chiplets inversent une tendance de longue date par nécessité

L’histoire de l’informatique est l’histoire de l’intégration de fonctions. Le nom même circuit intégré rappelle la longue histoire de l’amélioration des performances des ordinateurs en rapprochant les composants des circuits. Les FPU, les caches CPU, les contrôleurs de mémoire, les GPU, les voies PCIe et les contrôleurs d’E/S ne sont que quelques-uns des composants autrefois séparés qui sont désormais couramment intégrés sur puce.

Les chiplets inversent fondamentalement cette tendance en divisant les puces autrefois monolithiques en blocs fonctionnels séparés en fonction de la capacité de ces blocs à évoluer davantage. Dans le cas d’AMD, les fonctions d’E/S et les canaux DRAM de la puce sont construits sur une matrice de 14 nm de GF (utilisant des règles de conception de 12 nm), tandis que les chiplets réels contenant les cœurs du processeur et le cache L3 ont été réduits sur le nouveau nœud de TSMC.

Avant 7 nm, nous n’avions pas besoin de puces, car il était encore plus utile de garder l’intégralité de la puce unifiée que de la briser en morceaux et de faire face à la latence et aux coûts d’alimentation plus élevés.

AMD-Epyc-Chiplet

La matrice d’E/S d’Epyc, comme le montre l’événement New Horizon d’AMD.

Les chiplets améliorent-ils la mise à l’échelle en concentrant cet effort là où il est le plus nécessaire ? Oui.

Est-ce une étape supplémentaire que nous n’avions pas besoin de franchir auparavant ? Oui.

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Les chiplets sont à la fois une démonstration de la capacité des ingénieurs à trouver de nouvelles façons d’améliorer les performances et une démonstration de la façon dont continuer à améliorer les performances nécessite des compromis d’une manière qui n’était pas nécessaire auparavant. Même s’ils permettent aux entreprises d’accélérer les améliorations de la densité, elles n’appliquent toujours ces améliorations qu’aux partie de ce qui a généralement été considéré comme un CPU.

Gardez également à l’esprit que l’augmentation sans fin de la densité des transistors est d’une efficacité limitée sans diminution correspondante de la consommation d’énergie. Des densités de transistors plus élevées signifient également inévitablement une plus grande chance d’un point chaud limitant les performances sur la puce.

Chiplets : au-delà de la loi de Moore

La caractéristique la plus intéressante des chiplets, à mon avis, n’a rien à voir avec leur capacité à piloter la future mise à l’échelle de la densité. Je suis très curieux de voir si nous voyons des entreprises déployer des puces fabriquées à partir de différents types de semi-conducteurs dans le même processeur. L’intégration de différents matériaux, comme les semi-conducteurs III-V, pourrait permettre de gérer la communication entre puces via des interconnexions optiques dans les conceptions futures, ou permettre à une puce conventionnelle avec un ensemble de cœurs de processeur standard d’être couplé avec, par exemple, une puce basée sur la spintronique construite sur du nitrure de gallium.

Nous n’utilisons pas de silicium car c’est le matériau de transistor le plus performant. Nous utilisons le silicium parce qu’il est abordable, facile à utiliser et qu’il ne présente pas d’énormes défauts qui limitent son utilité dans une application particulière. La meilleure caractéristique des chiplets est probablement la façon dont ils pourraient permettre à une entreprise comme Intel ou AMD de prendre un risque moindre en adoptant un nouveau matériau pour l’ingénierie du silicium sans parier toute la ferme dans le processus.

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Imaginez un scénario dans lequel Intel ou AMD souhaitaient introduire un processeur basé sur des puces avec quatre cœurs ultra-hautes performances construits avec quelque chose comme InGaAs (arséniure d’indium et de gallium) et 16 cœurs basés sur du silicium amélioré mais conventionnel. Si le projet InGaAs échoue, le travail effectué sur le reste de la puce n’est pas perdu et aucune des deux entreprises n’est bloquée à partir de zéro sur une conception de CPU entière.

L’idée d’optimiser la conception des puces pour différents types de matériaux et de cas d’utilisation au sein d’un même SoC est une extension logique de la tendance à la spécialisation qui a créé les puces elles-mêmes. Intel a même déjà discuté de l’utilisation de semi-conducteurs III-V comme InGaAs, mais pas depuis ~ 2015, pour autant que je sache.

La chose la plus excitante à propos des chiplets, à mon avis, n’est pas qu’ils offrent un moyen de continuer à emballer les transistors. C’est qu’ils peuvent donner aux entreprises plus de latitude pour expérimenter de nouveaux matériaux et processus d’ingénierie qui accéléreront les performances ou amélioreront l’efficacité énergétique sans les obliger à déployer ces technologies sur l’ensemble d’un SoC simultanément. Les chiplets ne sont qu’un exemple de la façon dont les entreprises repensent la méthode traditionnelle de fabrication de produits dans le but d’améliorer les performances grâce à autre chose que des nœuds de fabrication plus petits. L’idée de se débarrasser des cartes mères de PC ou d’utiliser traitement à l’échelle de la plaquette construire des processeurs à très hautes performances sont deux applications différentes du même concept : changer radicalement nos idées préconçues sur l’apparence d’un système d’une manière qui ne sont pas directement lié à la loi de Moore.

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