CEA-Leti, un institut de cercetare din Grenoble, Franța a conectat zeci de nuclee de procesoare, întâi le-a împărțit, iar apoi le-a fixat pe o bandă separată de siliciu.
Timp de zeci de ani, tendința a fost ca tot mai multe sisteme ale unui calculator să fie integrate pe un singur cip. Rezultatul sistemelor din ziua de azi, sunt cele „on-cip”, care alimentează smartphone-uri și servere. Dar, complexitatea și costul lor conduc către integrarea acestora pe o singură bandă de siliciu.
Deja, unele dintre cele mai avansate procesoare, cum ar fi procesoarele Zen 2 și AMD sunt bazate pe o colecție de chiplet (grup de circuite integrate). Acestea sunt legate între ele prin conexiuni cu lățime de bandă mare, într-un singur pachet. În luna februarie 2020, în cadrul Conferinței Internaționale a Circuitelor Solide (ISSCC), din San Francisco, organizația franceză de cercetare CEA-Leti a demonstrat cât de departe poate merge acest dispozitiv, creând un procesor cu 96 de nuclee, din șase ,,chiplete”.
Cipul CEA-Leti, stochează șase ,,chiplete” cu șaisprezece nuclee, pe partea de sus a unei benzi subțiri de siliciu, numită interpozitor activ. Interpozitorul conține atât circuite de reglare a tensiunii, cât și o rețea care conectează diferite părți ale memoriei de pe chip. Interpozitorii activi sunt cea mai bună metodă pentru ,,tehnologia chiplet”, permițând integrarea în sistem a tehnologiilor disparate și a mai multor furnizori de ,,chiplete”, potrivit Pascal Vivet, director științific la CEA-Leti.
„Dacă doriți să integrați chiplete de la furnizorul A cu chiplete de la furnizorul B, iar interfețele lor nu sunt compatibile, aveți nevoie de o modalitate de a le conecta”, spune el. „Și singura modalitate de a le conecta este folosirea circuitelor active în interpozitor”, continuă el.
Interpozitorul dispune de o rețea pe cip care folosește trei circuite de comunicare, diferite, pentru a conecta memoria SRAM on-chip a nucleului. Memoriile cu acces rapid, numite L1 cache și L2 cache, sunt conectate direct, fără circuite suplimentare între ele. Următorul nivel de conexiuni cache, de la L2 la L3, necesită unele rețele inteligente încorporate în interpozitor. La fel și legătura dintre memoria cache L3 și memoria off-chip. Cu toate acestea, sistemul poate trimite 3 terabiți pe secundă, pe milimetru pătrat de siliciu, cu o latență de doar 0,6 nanosecunde pe milimetru.
Interpozitorul conține, de asemenea, sisteme de reglare a tensiunii care se regăsesc, de obicei, în procesor. Procesoarele folosesc adesea circuite numite regulatoare de tensiune liniară, care își reglează nivelul de tensiune, economisind energie. Echipa Vivet a ales circuite mai eficiente din punct de vedere al puterii, numite regulatoare de tensiune ale condensatorului comutat. Dezavantajul acestor circuite este acela că necesită condensatoare ,,off-cip” care consumă spațiu. Dar, ,,interpozitorul va avea suficient spațiu pentru a integra condensatoarele”, explică Vivet. Regulatoarele au ajutat cipul să obțină un consum de 156 miliwați pe milimetru pătrat.
Pasionații de Chiplet își imaginează o reinstaurare a industriei de sistem „on-chip”, astfel încât să poată fi integrate, cu puțin efort, chipletele de la furnizori diferiți, datorită interfețelor standardizate. Acest lucru ar avea ca rezultat sisteme mai ieftine și mai flexibile.
Dar, industria nu a ajuns așa departe. Spre deosebire de prototipul CEA-Leti, sistemele comerciale care se bazează pe ,,chiplete”, folosesc interpozitoare de siliciu care nu au circuite active încorporate. De asemenea, cele mai multe dintre sisteme nu folosesc siliciu, acestea bazându-se, în schimb, pe materiale din circuitul organic sau pe bucăți mici de siliciu, încorporate în placa organică.
În cadrul conferinței ISSCC, compania AMD a detaliat modul în care a proiectat codul ,,chipletelor” și al pachetului, care alcătuiesc procesoarele performante, Zen 2. Sistemul rezultat a bătut un nou record, în acea noapte, la ISSCC. Când a fost supus unui test overclock și a fost răcit cu un decantor de azot lichid, procesorul AMD a obținut un scor de 39.744, la redarea în suita de teste Cinebench 3D. Recordul, cu puțin timp în urmă, a fost de aproximativ 32.000, stabilit de un sistem de server de 128 de nuclee, care costă aproximativ 20.000 de dolari, conform declarațiilor facute de Jerry Ahrens, din cadrul companiei AMD.