La Legge di Moore è ufficialmente morta e possiamo constatarlo in prima persona con un recente annuncio di TSMC,
In dicembre, Lo ha riferito Wikichip che il processo a 3 nm di TSMC non ha mostrato praticamente alcun miglioramento nella densità rispetto al precedente nodo a 5 nm dell'azienda rispetto alla densità della SRAM. La pubblicazione poneva una semplice domanda: abbiamo appena assistito alla morte della SRAM? Almeno secondo Wikichip, "il ridimensionamento storico è ufficialmente morto".
Questa idea ha enormi ramificazioni per l’intero settore tecnologico e i suoi effetti si faranno sentire sui PC e su altri dispositivi negli anni a venire. Ma forse ti starai chiedendo cosa significhi tutto questo e se dovrebbe interessarti. Per capire come la "morte della SRAM" avrà un impatto sui PC e come i progettisti di chip se ne occuperanno, dobbiamo parlare di nodi, legge di Moore e cache.
La Legge di Moore stava morendo gradualmente, e ora all'improvviso
La legge di Moore è il punto di riferimento per il successo dell'industria dei semiconduttori e sostiene che i chip più recenti dovrebbero avere il doppio della quantità di transistor rispetto ai chip di due anni fa. Intel, AMD e altri progettisti di chip vogliono assicurarsi di stare al passo con la Legge di Moore, e non riuscire a tenere il passo significa perdere il vantaggio tecnologico a favore dei concorrenti.
Poiché i processori non possono essere grandi, l'unico modo affidabile per aumentare il numero dei transistor è ridurli e raggrupparli più densamente. Un nodo o processo è il modo in cui un produttore di semiconduttori (chiamati anche fabbriche e fonderie) realizza un chip; un nodo è solitamente definito dalla dimensione di un transistor, quindi più piccolo è, meglio è. L'aggiornamento al processo di produzione più recente è sempre stato un modo affidabile per aumentare il numero e le prestazioni dei transistor e, per decenni, il settore è stato in grado di soddisfare tutte le aspettative.
Sfortunatamente, la Legge di Moore sta morendo ormai da anni, da quando intorno al 2010 l'industria ha raggiunto la soglia dei 32 nm. Quando ha provato ad andare oltre, ha colpito un muro di mattoni. Quasi tutti i produttori, da TSMC a Samsung a GlobalFoundries, hanno faticato a sviluppare qualcosa di più piccolo di 32 nm. Alla fine, sono state sviluppate nuove tecnologie che hanno reso nuovamente possibile il progresso, ma i transistor non stanno più diventando più piccoli come in passato. Il nome di un nodo non riflette più quanto piccolo sia effettivamente il transistor, e i nuovi processi non apportano più i guadagni di densità di prima.
L’industria si è scontrata con un muro di mattoni quando ha cercato di andare oltre la soglia dei 32 nm nel 2010.
Allora, che succede con il nodo da 3 nm di TSMC? Bene, ci sono due tipi principali di transistor presenti in un tipico processore: quelli per la logica e quelli per la SRAM o cache. Per un po' è stato più facile ridurre la logica rispetto alla cache (la cache è già molto densa), ma questa è la prima volta che vediamo una fonderia come TSMC non riuscire a ridurla del tutto in un nuovo nodo. Ad un certo punto è prevista una variante da 3 nm con una densità di cache significativamente più elevata, ma TSMC sicuramente raggiungerà un punto di flesso in cui il ridimensionamento è molto minore e altre fab potrebbero riscontrare lo stesso problema.
Ma il problema non è solo non riuscire ad aumentare la quantità di cache senza utilizzare più area. I processori possono essere solo così grandi e qualsiasi spazio occupato dalla cache è spazio che non può essere utilizzato per la logica o per i transistor che portano a miglioramenti diretti delle prestazioni. Allo stesso tempo, i processori con più core e altre funzionalità necessitano di più cache per evitare colli di bottiglia legati alla memoria. Anche se la densità della logica continua ad aumentare con ogni nuovo nodo, potrebbe non essere sufficiente a compensare la mancanza di scalabilità della SRAM. Questo potrebbe essere il colpo mortale per la Legge di Moore.
Come l'industria può risolvere il problema della SRAM
Ci sono tre obiettivi che i processori ad alte prestazioni devono soddisfare: la dimensione è limitata, la cache è necessaria e i nuovi nodi non ridurranno più di molto la dimensione della cache, se non addirittura non la ridurranno affatto. Sebbene sia possibile aumentare le prestazioni tramite miglioramenti dell'architettura e velocità di clock più elevate, aggiungendo più transistor è sempre stato il modo più semplice e coerente per ottenere un aumento di velocità generazionale. Per superare questa sfida, uno di questi fondamentali deve cambiare.
A quanto pare, esiste già una soluzione perfettamente funzionante al problema SRAM: i chiplet. È la tecnologia che AMD utilizza dal 2019 per le sue CPU desktop e server. Il design di un chiplet utilizza più pezzi di silicio (o die) e ciascun die ha una o solo poche funzioni; alcuni potrebbero avere solo core, ad esempio. Ciò è in opposizione a un design monolitico in cui tutto è in un unico stampo.
I chiplet aggirano il problema delle dimensioni e sono una parte fondamentale del motivo per cui AMD è stata in grado di tenere il passo con la legge di Moore. Ricorda, la Legge di Moore non riguarda densità, Ma conteggio dei transistor. Con la tecnologia chiplet, AMD è riuscita a creare processori con un'area totale del die di oltre 1.000 mm2; produrre questa CPU in un solo die è probabilmente impossibile.
La cosa più importante che AMD ha fatto per mitigare il problema della cache è mettere la cache sul proprio dado. La V-Cache all'interno del Ryzen 7 5800X3D e i chiplet di memoria nel Serie RX7000 sono un esempio di chiplet di cache in azione. È probabile che AMD abbia capito che la cache è difficile da ridurre ormai da anni ora che la cache può essere partizionata da tutto il resto, lascia più spazio per chiplet più grandi con più chiplet nuclei. Il die principale della RX 7900 XTX misura solo circa 300 mm2, il che significa che AMD ha molto spazio per realizzare un die più grande, se lo desidera.
I chiplet non sono l'unico modo, però. CEO di Nvidia di recente proclamò la morte della Legge di Moore. L'azienda stessa si affida alla propria tecnologia di intelligenza artificiale per ottenere prestazioni migliori senza dover allontanarsi da un design monolitico. La sua nuovissima architettura Ada è teoricamente molte volte più veloce dell'Ampere della scorsa generazione grazie a funzionalità come DLSS 3. Tuttavia, vedremo nei prossimi anni se la legge di Moore dovrà essere mantenuta in vita o se le nuove tecnologie potranno rispecchiare i vantaggi prestazionali derivanti dall'aggiunta di più transistor senza doverne effettivamente aggiungere alcuno.