Hogyan befolyásolja az SRAM halála a PC-k jövőjét

Decemberben, A Wikichip jelentette hogy a TSMC 3 nm-es eljárása gyakorlatilag nem mutatott javulást a sűrűségben a vállalat korábbi 5 nm-es csomópontjához képest az SRAM sűrűsége tekintetében. A kiadvány egyetlen egyszerű kérdést tett fel: csak az SRAM halálának voltunk tanúi? Legalábbis a Wikichip véleménye szerint "a történelmi méretezés hivatalosan halott".

Ennek az ötletnek hatalmas következményei vannak az egész technológiai iparra, és hatásai még évekig érezni fogják a PC-ket és más eszközöket. De előfordulhat, hogy felteszi magának a kérdést, hogy mindez mit jelent, és érdemes-e ezzel foglalkoznia. Ahhoz, hogy megértsük, hogyan érinti az "SRAM halála" a PC-ket, és hogy a chiptervezők hogyan bánnak vele, beszélnünk kell a csomópontokról, a Moore-törvényről és a gyorsítótárról.

Moore törvénye fokozatosan haldoklott, és most hirtelen

A Moore-törvény a félvezetőipar sikerének mércéje, és azt állítja, hogy az újabb lapkáknak kétszer annyi tranzisztornak kell lenniük, mint a két évvel ezelőtti chipeknek. Az Intel, az AMD és más chiptervezők biztosak akarnak lenni abban, hogy lépést tartanak a Moore-törvénnyel, és ha nem tartják be a lépést, az azt jelenti, hogy elveszítik technológiai előnyüket a versenytársak előtt.

Mivel a processzorok csak ilyen nagyok lehetnek, a tranzisztorok számának növelésének egyetlen megbízható módja az, ha összezsugorítjuk és sűrűbben összecsomagoljuk őket. A csomópont vagy folyamat az, ahogy egy félvezetőgyártó (más néven fabs és öntödék) készít chipet; a csomópontot általában a tranzisztor mérete határozza meg, tehát minél kisebb, annál jobb. A legújabb gyártási folyamatra való frissítés mindig megbízható módja volt a tranzisztorok számának és teljesítményének növelésének, és az iparág évtizedek óta minden elvárásnak megfelelt.

Sajnos a Moore-törvény évek óta haldoklik, 2010 körül, amikor az iparág elérte a 32 nm-es határt. Amikor tovább akart menni, egy téglafalnak ütközött. A TSMC-től a Samsungon át a GlobalFoundries-ig szinte minden alkotás küzdött a 32 nm-nél kisebb fejlesztésért. Végül új technológiákat fejlesztettek ki, amelyek ismét lehetővé tették az előrehaladást, de a tranzisztorok már nem kisebbek, mint korábban. A csomópont neve már nem tükrözi, milyen kicsi valójában a tranzisztor, és az új folyamatok már nem hozzák meg a korábban megszokott sűrűségnövekedést.

Az iparág téglafalba ütközött, amikor 2010-ben megpróbált túllépni a 32nm-nél.

Szóval mi a helyzet a TSMC 3 nm-es csomópontjával? Nos, két fő tranzisztortípus létezik egy tipikus processzorban: a logikai és az SRAM-hoz vagy gyorsítótárhoz valók. A logikát egy ideje könnyebb volt csökkenteni, mint a gyorsítótárat (a gyorsítótár már nagyon sűrű), de most először látjuk, hogy egy öntöde, mint a TSMC, egyáltalán nem csökkenti azt egy új csomópontban. Valamikor várható a 3 nm-es változat lényegesen nagyobb gyorsítótár-sűrűséggel, de TSMC minden bizonnyal elér egy inflexiós pontot, ahol a méretezés nagyon csekély, és más fabok is találkozhatnak ugyanezzel probléma.

De a probléma nem csak abban rejlik, hogy nem tudjuk növelni a gyorsítótár mennyiségét anélkül, hogy több területet használnánk fel. A processzorok csak akkora méretűek lehetnek, és a gyorsítótár által elfoglalt hely nem használható logikára, vagy a tranzisztorokra, amelyek közvetlen teljesítménynövekedéshez vezetnek. Ugyanakkor a több maggal és egyéb funkciókkal rendelkező processzoroknak több gyorsítótárra van szükségük a memóriával kapcsolatos szűk keresztmetszetek elkerülése érdekében. Annak ellenére, hogy a logika sűrűsége minden új csomóponttal folyamatosan növekszik, előfordulhat, hogy ez nem lesz elegendő az SRAM skálázásának hiányának kompenzálására. Ez lehet a gyilkos csapás Moore törvényére.

Hogyan tudja az ipar megoldani az SRAM problémát

A nagy teljesítményű processzoroknak három célt kell teljesíteniük: a méret korlátozott, a gyorsítótárra van szükség, és az új csomópontok már nem fogják jelentősen csökkenteni a gyorsítótár méretét, ha egyáltalán nem csökkentik. Bár lehetséges a teljesítmény növelése az építészeti fejlesztésekkel és a magasabb órajellel, hozzátéve A több tranzisztor mindig is a legegyszerűbb és legkonzisztensebb módja volt a generációs sebességnövelésnek. Ennek a kihívásnak a leküzdése érdekében ezen alapvetések egyikén változtatni kell.

Mint kiderült, már van egy tökéletesen működő megoldás az SRAM problémájára: a chipletek. Ezt a technológiát az AMD 2019 óta használja asztali és szerver CPU-ihoz. A chiplet kialakítása több szilíciumdarabot (vagy matricát) használ, és mindegyik szerszámnak egy vagy csak néhány funkciója van; némelyiknek például csak magjai vannak. Ez ellentétben áll a monolitikus kialakítással, ahol minden egyetlen kockában van.

A chipletek megkerülik a méretproblémát, és kulcsfontosságú szerepet játszanak abban, hogy az AMD miért tudott lépést tartani Moore törvényével. Ne feledje, Moore törvénye nem arról szól sűrűség, de tranzisztorok száma. A chiplet technológiával az AMD 1000 mm2-nél nagyobb teljes szerszámfelülettel rendelkező processzorokat tudott létrehozni; Valószínűleg lehetetlen ezt a CPU-t egyetlen szerszámmal legyártani.

Az egyetlen legfontosabb dolog, amit az AMD tett a gyorsítótár-problémák enyhítése érdekében, hogy a gyorsítótárat a saját kockájára helyezte. A Ryzen 7 5800X3D-ben lévő V-Cache és a memória chipletek RX 7000 sorozat példa a gyorsítótár chipletek működésére. Valószínű, hogy az AMD látta az írást a falon, mivel a gyorsítótárat évek óta nehéz csökkenteni Most, hogy a gyorsítótár particionálható minden másból, több hely marad a nagyobb chipletek számára magok. Az RX 7900 XTX fő matricája csak körülbelül 300 mm2, ami azt jelenti, hogy bőven van hely az AMD-nek, hogy nagyobb matricát készítsen, ha akar.

A chipletek azonban nem az egyetlen út. Az Nvidia vezérigazgatója nemrég kihirdette Moore törvényének halálát. Maga a vállalat mesterséges intelligencia technológiájára támaszkodik, hogy nagyobb teljesítményt érjen el anélkül, hogy el kellene távolodnia a monolitikus tervezéstől. A legújabb Ada architektúrája elméletileg sokszor gyorsabb, mint az előző generációs Ampere olyan funkcióknak köszönhetően, mint a DLSS 3. Mindazonáltal az elkövetkező években látni fogjuk, hogy életben kell-e tartani a Moore-törvényt, vagy az új technológiák tükrözhetik-e a több tranzisztor hozzáadásának teljesítménybeli előnyeit anélkül, hogy ténylegesen kellene hozzáadni.