מהם שבבי מעבד?

היסטורית המעבדים העלו את הביצועים במהירות בהתאם ל"חוק מור" הבלתי פורמלי. חוק מור הוא תצפית לפיה מספר הטרנזיסטורים במעבדים, ובכך כוח העיבוד של המעבדים, מוכפל בערך כל שנתיים.

חוק מור התקיים די בעקביות במשך עשרות שנים מאז הועלה לראשונה בשנת 1965, בעיקר בשל יצרני מעבדים שהתקדמו באופן מתמשך במידת הקטנה שהם יכולים להפוך את הטרנזיסטורים. כיווץ גודל הטרנזיסטור של המעבד מגדיל את הביצועים מכיוון שיותר טרנזיסטורים יכולים להיכנס לחלל קטן יותר ומכיוון שרכיבים קטנים יותר חסכוניים יותר בצריכת החשמל.

חוק מור מת

עם זאת, הלכה למעשה, חוק מור לעולם לא היה מתקיים לנצח, מכיוון שקשה יותר ויותר לכווץ רכיבים ככל שהם נהיים קטנים יותר. מאז 2010, בקנה מידה של 14 ו-10 ננומטר - זה 10 מיליארדיות המטר - יצרני המעבדים התחילו להיתקל בקצה של מה שאפשרי פיזית. יצרני המעבדים ממש נאבקו להמשיך ולצמצם את גודל התהליך מתחת ל-10 ננומטר, אם כי החל משנת 2020 כמה שבבים של 7 ננומטר זמינים ושבבים של 5 ננומטר נמצאים בשלב התכנון.

כדי להילחם בחוסר הצטמקות תהליכים, יצרני המעבדים נאלצו להשתמש בשיטות אחרות כדי להמשיך ולהגביר את ביצועי המעבד. אחת מהשיטות הללו היא פשוט ייצור מעבדים גדולים יותר.

תְשׁוּאָה

אחת הבעיות ביצירת מעבד מורכב להפליא כמו זה היא שהתשואה של התהליך אינה 100%. חלק מהמעבדים שיוצרים פשוט פגומים כאשר הם מיוצרים וצריך לזרוק אותם. כאשר מייצרים מעבד גדול יותר, השטח הגדול יותר אומר שיש סיכוי גבוה יותר שלכל שבב יהיה פגם המחייב לזרוק אותו.

המעבדים מיוצרים בקבוצות, עם מעבדים רבים על רקיק סיליקון יחיד. לדוגמה, אם פרוסות אלה מכילות 20 שגיאות כל אחת בממוצע, אז יהיה צורך לזרוק בערך 20 מעבדים לכל ופל. עם עיצוב מעבד קטן יכולים להיות, נניח מאה מעבדים על רקיק בודד; להפסיד 20 זה לא נהדר, אבל תשואה של 80% אמורה להיות רווחית. עם עיצוב גדול יותר, לעומת זאת, אתה לא יכול להתאים כל כך הרבה מעבדים על רקיק אחד, עם אולי רק 50 מעבדים גדולים יותר מתאימים על רקיק. לאבד 20 מתוך 50 אלה זה הרבה יותר כואב ויש הרבה פחות סיכוי להיות רווחי.

הערה: הערכים בדוגמה זו משמשים רק למטרות הדגמה ואינם מייצגים בהכרח תשואות בעולם האמיתי.

צ'יפלטים

כדי להילחם בבעיה זו, יצרני המעבדים הפרידו חלק מהפונקציונליות והרכיבים לשבב נפרד אחד או יותר, למרות שהם נשארים באותה חבילה כוללת. השבבים המופרדים הללו קטנים יותר מאשר שבב מונוליטי בודד יהיה והם ידועים בשם "צ'יפלטים".

כל צ'יפלט בודד אפילו לא צריך להשתמש באותו צומת תהליך. זה בהחלט אפשרי לקבל גם צ'יפלטים מבוססי 7 ננומטר וגם 14 ננומטר באותה חבילה כוללת. שימוש בצומת תהליך אחר יכול לעזור לחסוך בעלויות, מכיוון שקל יותר ליצור צמתים גדולים יותר והתשואות בדרך כלל גבוהות יותר מכיוון שהטכנולוגיה היא פחות מתקדמת.

טיפ: צומת תהליך הוא המונח המשמש להתייחס לקנה המידה של טרנזיסטורים בשימוש.

לדוגמה, במעבדי שרת EPYC מהדור השני של AMD, ליבות מעבד ה-CPU מפוצלות על פני שמונה שבבים נפרדים, כל אחד משתמש בצומת המעבד של 7 ננומטר. שבב צומת נפרד של 14 ננומטר משמש גם לעיבוד ה-I/O, או הקלט/פלט של ה-chiplets וחבילת ה-CPU הכוללת.

אינטל מתכננת חלק מהמעבדים העתידיים שלה כך שיהיו שני שבבי מעבד מעבד נפרדים, שכל אחד מהם פועל על צומת תהליך שונה. הרעיון הוא שניתן להשתמש בצומת המזווה הישן יותר למשימות עם דרישות הספק נמוכות יותר, בעוד שבליבות המעבד הקטנות החדשות יותר של הצומת ניתן להשתמש כאשר יש צורך בביצועים מקסימליים. העיצוב באמצעות צומת עיבוד מפוצל יועיל במיוחד עבור אינטל אשר נאבקה להשיג תשואות מקובלות עבור תהליך ה-10 ננומטר שלה.