Ιστορικά οι CPU έχουν αυξήσει γρήγορα την απόδοση σύμφωνα με τον άτυπο «Νόμο του Moore». Ο νόμος του Moore είναι μια παρατήρηση ότι ο αριθμός των τρανζίστορ στους επεξεργαστές, και επομένως η επεξεργαστική ισχύς των επεξεργαστών, διπλασιάζεται περίπου κάθε δύο χρόνια.
Ο νόμος του Moore ήταν αρκετά σταθερός για δεκαετίες από τότε που θεσπίστηκε για πρώτη φορά το 1965, κυρίως λόγω του ότι οι κατασκευαστές επεξεργαστών έκαναν συνεχείς προόδους στο πόσο μικρά μπορούσαν να κάνουν τα τρανζίστορ. Η συρρίκνωση του μεγέθους του τρανζίστορ του επεξεργαστή αυξάνει την απόδοση επειδή περισσότερα τρανζίστορ μπορούν στη συνέχεια να χωρέσουν σε μικρότερο χώρο και επειδή τα μικρότερα εξαρτήματα είναι πιο αποδοτικά από πλευράς ισχύος.
Ο νόμος του Μουρ είναι νεκρός
Ρεαλιστικά όμως, ο νόμος του Μουρ δεν επρόκειτο ποτέ να ισχύσει για πάντα, καθώς γίνεται όλο και πιο δύσκολο να συρρικνωθούν τα εξαρτήματα όσο μικρότερα γίνονται. Από το 2010, σε κλίμακα 14 και 10 νανομέτρων – δηλαδή 10 δισεκατομμυριοστά του μέτρου – οι κατασκευαστές επεξεργαστών άρχισαν να τρέχουν στα όρια αυτού που είναι φυσικά εφικτό. Οι κατασκευαστές επεξεργαστών δυσκολεύτηκαν πραγματικά να συνεχίσουν να συρρικνώνουν το μέγεθος της διαδικασίας κάτω από τα 10 nm, αν και από το 2020 είναι διαθέσιμα περίπου τσιπ 7 nm και τα τσιπ 5 nm βρίσκονται στο στάδιο του σχεδιασμού.
Για να καταπολεμηθεί η έλλειψη συρρίκνωσης της διαδικασίας, οι κατασκευαστές επεξεργαστών έπρεπε να χρησιμοποιήσουν άλλες μεθόδους για να συνεχίσουν να αυξάνουν την απόδοση του επεξεργαστή. Μία από αυτές τις μεθόδους είναι απλώς η κατασκευή μεγαλύτερων επεξεργαστών.
Απόδοση παραγωγής
Ένα από τα ζητήματα με τη δημιουργία ενός απίστευτα πολύπλοκου επεξεργαστή όπως αυτός είναι ότι η απόδοση της διαδικασίας δεν είναι 100%. Μερικοί από τους επεξεργαστές που κατασκευάζονται είναι απλά ελαττωματικοί όταν κατασκευάζονται και πρέπει να πεταχτούν. Όταν φτιάχνετε έναν μεγαλύτερο επεξεργαστή, η μεγαλύτερη επιφάνεια σημαίνει ότι υπάρχει μεγαλύτερη πιθανότητα για κάθε τσιπ να έχει ένα ελάττωμα που απαιτεί την απόρριψή του.
Οι επεξεργαστές κατασκευάζονται σε παρτίδες, με πολλούς επεξεργαστές σε μία γκοφρέτα πυριτίου. Για παράδειγμα, εάν αυτές οι γκοφρέτες περιέχουν 20 σφάλματα το καθένα κατά μέσο όρο, τότε περίπου 20 επεξεργαστές ανά γκοφρέτα θα πρέπει να πεταχτούν. Με μια μικρή σχεδίαση CPU θα μπορούσαν να υπάρχουν, ας πούμε, εκατό επεξεργαστές σε ένα μόνο wafer. Η απώλεια 20 δεν είναι καλή, αλλά μια απόδοση 80% θα πρέπει να είναι κερδοφόρα. Ωστόσο, με μεγαλύτερο σχεδιασμό, δεν μπορείτε να χωρέσετε τόσους πολλούς επεξεργαστές σε μια γκοφρέτα, με ίσως μόνο 50 μεγαλύτερους επεξεργαστές να εφαρμόζουν σε μια γκοφρέτα. Το να χάσεις 20 από αυτά τα 50 είναι πολύ πιο επώδυνο και είναι πολύ λιγότερο πιθανό να είναι κερδοφόρο.
Σημείωση: Οι τιμές σε αυτό το παράδειγμα χρησιμοποιούνται μόνο για σκοπούς επίδειξης και δεν είναι απαραίτητα αντιπροσωπευτικές των πραγματικών αποδόσεων.
Τσιπετάκια
Για την καταπολέμηση αυτού του ζητήματος, οι κατασκευαστές επεξεργαστών έχουν διαχωρίσει ορισμένες από τις λειτουργίες και τα στοιχεία σε ένα ή περισσότερα ξεχωριστά τσιπ, αν και παραμένουν στο ίδιο συνολικό πακέτο. Αυτά τα διαχωρισμένα τσιπ είναι μικρότερα από ένα μονολιθικό τσιπ και είναι γνωστά ως "Chiplets".
Κάθε μεμονωμένο chiplet δεν χρειάζεται καν να χρησιμοποιεί τον ίδιο κόμβο διεργασίας. Είναι απολύτως δυνατό να έχετε chiplet με βάση τα 7 nm και τα 14 nm στο ίδιο συνολικό πακέτο. Η χρήση διαφορετικού κόμβου διεργασίας μπορεί να βοηθήσει στην εξοικονόμηση κόστους, καθώς είναι ευκολότερο να δημιουργηθούν μεγαλύτεροι κόμβοι και οι αποδόσεις είναι γενικά υψηλότερες καθώς η τεχνολογία είναι λιγότερο αιχμής.
Συμβουλή: Κόμβος διεργασίας είναι ο όρος που χρησιμοποιείται για να αναφέρεται στην κλίμακα των τρανζίστορ που χρησιμοποιούνται.
Για παράδειγμα, στους επεξεργαστές διακομιστών EPYC δεύτερης γενιάς της AMD, οι πυρήνες του επεξεργαστή της CPU χωρίζονται σε οκτώ ξεχωριστά chiplet, το καθένα χρησιμοποιώντας τον κόμβο επεξεργαστή 7 nm. Ένα ξεχωριστό chiplet κόμβου 14 nm χρησιμοποιείται επίσης για την επεξεργασία της εισόδου/εξόδου ή της εισόδου/εξόδου των chiplet και του συνολικού πακέτου CPU.
Η Intel σχεδιάζει ορισμένες από τις μελλοντικές CPU της ώστε να έχουν δύο ξεχωριστά τσιπ επεξεργαστών CPU, καθένα από τα οποία τρέχει σε διαφορετικό κόμβο διεργασίας. Η ιδέα είναι ότι ο παλαιότερος κόμβος κόμβου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για εργασίες με χαμηλότερες απαιτήσεις ισχύος, ενώ οι νεότεροι μικρότεροι πυρήνες CPU κόμβων μπορούν να χρησιμοποιηθούν όταν απαιτείται μέγιστη απόδοση. Ο σχεδιασμός που χρησιμοποιεί έναν κόμβο επεξεργασίας διαχωρισμού θα είναι ιδιαίτερα χρήσιμος για την Intel που έχει δυσκολευτεί να επιτύχει αποδεκτές αποδόσεις για τη διαδικασία των 10 nm