Intel Foveros 3D
Поскольку закон Мура больше не действует, разработчикам микросхем приходится искать иные способы повышения производительности. Одна из подходящих для этого технологий называется 3D-штабелирование (3D chip stacking). Это объёмная этажерочная архитектура чипов, в разработке которой лидирует Intel. Два месяца назад Intel представила архитектуру Foveros 3D: трёхмерную структуру, которая включает в себя CPU по техпроцессу 10 нм, чип ввода-вывода и сквозные вертикальные электрические соединения TSV (Through Silicon Via) в центре микросхемы, а сверху всей микросхемы — чип памяти.
На конференции по высокопроизводительным вычислениям Rice Oil and Gas HPC компания AMD заверила, что работает над собственным вариантом 3D-архитектуры чипов.
Старший вице-президент и генеральный менеджер Форрест Норрод (Forrest Norrod) рассказал, что компания разрабатывает несколько технологий, чтобы увеличить отдачу и обойти проблемы в связи с окончанием действия закона Мура и последствиями — прекращением роста плотности транзисторов и тактовой частоты. Это неизбежные последствия того, что производители приблизились к лимиту, где размер транзистора составляет всего несколько атомов (размер атома кремния — 0,2 нанометра). Рост компьютерной мощи в последние годы идёт не столько от увеличения скорости вычислений, сколько от усиления параллелизма.
Как и другие компании, AMD столкнулась с ограничением на площадь микросхемы около 700 мм² и вынуждена развивать 3D-архитектуру. Фирма уже применяет такой подход, размещая память HBM2 рядом с подложкой GPU, то есть она находится в том же корпусе, что и процессор. Но в будущем компания планирует перейти к более продвинутому 3D-штабелированию.
Норрод сказал, что AMD работает над размещением памяти SRAM и DRAM непосредственно поверх вычислительных компонентов (например, процессоров и графических процессоров), чтобы обеспечить еще большую пропускную способность и производительность.
Samsung Polaris
Такой подход отличается от обычных реализаций package-on-package (PoP), которые просто помещают два готовых корпуса друг на друга, как Норрод показал на примере чипа Samsung Polaris. В этом примере корпус DRAM соединяется через два дополнительных ряда разъемов BGA, которые окружают базовый чип. Эти разъемы BGA передают данные между двумя чипами. Как и в любом стандартном дизайне, логика находится в нижней части стека из-за необходимости в большем количестве разъёмов, но два кристалла не соединены напрямую. Таким образом, подход PoP обеспечивает максимальную плотность, но это не самый быстрый вариант.
В истинном 3D-штабелировании два чипа (в данном случае памяти и процессора) расположены друг над другом и соединены вертикальными соединениями TSV, которые непосредственно сопрягают их. Эти соединения TSV передают данные между кристаллами с максимально возможной скоростью и обычно находятся в центре микросхемы, как мы видели на примере Intel Foveros 3D. Это прямое сопряжение повышает производительность и снижает энергопотребление (все перемещение данных требует питания, но прямые соединения оптимизируют процесс). 3D-штабелирование также позволяет увеличить плотность.
Норрод не углублялся в подробности разрабатываемых проектов, но это может оказаться фундаментальным сдвигом в дизайне процессора AMD.
Новая технология Intel Foveros 3D может оказаться определяющим моментом для отрасли, поэтому неудивительно услышать, что AMD движется в этом направлении, пишет издание Tom's Hardware.
Пока что нет никаких технических подробностей о технологии 3D-штабелирования от AMD, кроме того, что сказал Форрест Норрод на презентации под названием «Работа после закона Мура» (Working Beyond Moore's Law), см. видеозапись ниже.
Какие ещё есть альтернативы, чтобы вернуться к кривой экспоненциального роста, предсказанной Гордоном Муром? На этот вопрос нет однозначного ответа. Полупроводниковая индустрия экспериментирует с материалами, которые можно использовать вместо кремния. Некоторые полупроводниковые материалы III-V способны работать на более низком напряжении и на более высоких частотах, чем кремний, но они не делают атомы меньше или свет медленнее. Физические ограничения по-прежнему в силе.
Остаётся открытым вопрос, как будут охлаждаться будущие 3D-чипы. Как эффективно охлаждать такой чип, когда энергия распространяется повсюду внутри него? Микросхема не сможет передавать питание на все схемы одновременно без перегрева. Вероятно, ей придётся держать отключенными некоторые части основную часть времени и подавать питание в каждую часть только во время её использования.
