როგორ იმოქმედებს SRAM-ის სიკვდილი კომპიუტერების მომავალზე

Დეკემბერში, იტყობინება ვიკიჩიპი რომ TSMC-ის 3 ნმ პროცესმა პრაქტიკულად არ აჩვენა სიმკვრივის გაუმჯობესება კომპანიის წინა 5 ნმ კვანძთან შედარებით SRAM სიმკვრივის მიმართ. პუბლიკაციამ დაისვა ერთი მარტივი შეკითხვა: ჩვენ მხოლოდ SRAM-ის სიკვდილის მოწმენი გავხდით? ყოველ შემთხვევაში, ვიკიჩიპის აზრით, „ისტორიული მასშტაბირება ოფიციალურად მკვდარია“.

ამ იდეას უზარმაზარი შედეგები აქვს მთელი ტექნიკური ინდუსტრიისთვის და მისი ეფექტი კომპიუტერებსა და სხვა მოწყობილობებზე წლების განმავლობაში იგრძნობა. მაგრამ თქვენ შეიძლება ჰკითხოთ საკუთარ თავს, რას ნიშნავს ეს ყველაფერი და უნდა იზრუნოთ თუ არა. იმისათვის, რომ გავიგოთ, როგორ იმოქმედებს "SRAM-ის სიკვდილი" კომპიუტერებზე და როგორ გაუმკლავდებიან მას ჩიპების დიზაინერები, უნდა ვისაუბროთ კვანძებზე, მურის კანონსა და ქეშზე.

მურის კანონი თანდათან კვდებოდა, ახლა კი მოულოდნელად

მურის კანონი არის ნახევარგამტარული ინდუსტრიის წარმატების საორიენტაციო ნიშანი და ამტკიცებს, რომ ახალ ჩიპებს უნდა ჰქონდეთ ორჯერ მეტი ტრანზისტორები, ვიდრე ორი წლის წინანდელი ჩიპები. Intel-ს, AMD-ს და ჩიპების სხვა დიზაინერებს სურთ დარწმუნდნენ, რომ ისინი მიჰყვებიან მურის კანონს, ხოლო მათი შეუსრულებლობა ნიშნავს ტექნოლოგიური უპირატესობის დაკარგვას კონკურენტებისთვის.

ვინაიდან პროცესორები შეიძლება იყოს მხოლოდ ასეთი დიდი, ტრანზისტორის რაოდენობის გაზრდის ერთადერთი საიმედო გზაა მათი შეკუმშვა და უფრო მჭიდროდ შეფუთვა. კვანძი ან პროცესი არის ის, თუ როგორ ამზადებს ჩიპს ნახევარგამტარების მწარმოებელი (ასევე უწოდებენ ფაბს და სამსხმელოს); კვანძი ჩვეულებრივ განისაზღვრება ტრანზისტორის ზომით, ამიტომ რაც უფრო პატარაა მით უკეთესი. უახლესი წარმოების პროცესის განახლება ყოველთვის იყო ტრანზისტორის რაოდენობისა და მუშაობის გაზრდის საიმედო გზა და ათწლეულების განმავლობაში, ინდუსტრია აკმაყოფილებდა ყველა მოლოდინს.

სამწუხაროდ, მურის კანონი უკვე წლებია კვდება, დაახლოებით 2010 წლიდან, როდესაც ინდუსტრიამ მიაღწია 32 ნმ ნიშნულს. უფრო შორს წასვლას რომ ცდილობდა, აგურის კედელს შეეჯახა. თითქმის ყველა ფაბრიკა TSMC–დან Samsung–მდე და GlobalFoundries–მდე იბრძოდა 32 ნმ–ზე ნაკლების შემუშავებისთვის. საბოლოოდ, შეიქმნა ახალი ტექნოლოგიები, რამაც კიდევ ერთხელ გახადა პროგრესი, მაგრამ ტრანზისტორები აღარ მცირდება ისე, როგორც ადრე. კვანძის სახელი აღარ ასახავს რამდენად პატარაა სინამდვილეში ტრანზისტორი და ახალ პროცესებს აღარ მოაქვს სიმკვრივის მომატება, როგორც ადრე.

ინდუსტრია აგურის კედელს შეეჯახა, როდესაც 2010 წელს 32 ნმ ნიშნულზე შორს წასვლას ცდილობდა.

რა ხდება TSMC-ის 3 ნმ კვანძთან? არსებობს ტრანზისტორების ორი ძირითადი ტიპი, რომლებიც არის ტიპიურ პროცესორში: ისინი ლოგიკისთვის და ის SRAM, ანუ ქეში. ლოგიკის შეკუმშვა უფრო ადვილი იყო, ვიდრე ქეში გარკვეული პერიოდის განმავლობაში (ქეში უკვე მართლაც მკვრივია), მაგრამ ეს არის პირველი შემთხვევა, როდესაც ვნახეთ, რომ TSMC-ის მსგავსი სამსხმელო ვერ ახერხებს მის შემცირებას ახალ კვანძში. რაღაც მომენტში მოსალოდნელია 3 ნმ ვარიანტი მნიშვნელოვნად მაღალი ქეშის სიმკვრივით, მაგრამ TSMC რათქმაუნდა მოხვდა დახრის წერტილში, სადაც სკალირება ძალიან უმნიშვნელოა და სხვა ფაბრიკებსაც შეიძლება შეხვდეს იგივე პრობლემა.

მაგრამ პრობლემა მხოლოდ იმაში არ არის, რომ ვერ შეძლებთ ქეშის რაოდენობის გაზრდას მეტი ფართობის გამოყენების გარეშე. პროცესორები შეიძლება იყოს მხოლოდ ასეთი დიდი, და ქეშის მიერ დაკავებული ნებისმიერი სივრცე არის სივრცე, რომელიც არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას ლოგიკაში, ან ტრანზისტორები, რომლებიც იწვევს უშუალო შესრულების გაუმჯობესებას. ამავდროულად, პროცესორებს, რომლებსაც აქვთ მეტი ბირთვი და სხვა ფუნქციები, სჭირდებათ მეტი ქეში, რათა თავიდან აიცილონ მეხსიერებთან დაკავშირებული პრობლემები. მიუხედავად იმისა, რომ ლოგიკის სიმკვრივე იზრდება ყოველ ახალ კვანძთან ერთად, ეს შეიძლება არ იყოს საკმარისი SRAM სკალირების ნაკლებობის კომპენსაციისთვის. ეს შეიძლება იყოს მკვლელი დარტყმა მურის კანონისთვის.

როგორ შეუძლია ინდუსტრიას გადაჭრას SRAM პრობლემა

მაღალი ხარისხის პროცესორებმა სამი მიზანი უნდა დააკმაყოფილონ: ზომა შეზღუდულია, საჭიროა ქეში და ახალი კვანძები აღარ შეამცირებენ ქეშის ზომას დიდად თუ საერთოდ. მიუხედავად იმისა, რომ შესაძლებელია მუშაობის გაზრდა არქიტექტურული გაუმჯობესებებისა და საათის უფრო მაღალი სიჩქარის მეშვეობით, დამატებულია მეტი ტრანზისტორი ყოველთვის იყო ყველაზე მარტივი და თანმიმდევრული გზა თაობის სიჩქარის გაზრდის მისაღწევად. ამ გამოწვევის დასაძლევად, ამ ფუნდამენტებიდან ერთ-ერთი უნდა შეიცვალოს.

როგორც ირკვევა, უკვე არსებობს SRAM პრობლემის იდეალურად მოქმედი გადაწყვეტა: ჩიპლეტები. ეს არის ტექნოლოგია, რომელსაც AMD იყენებს 2019 წლიდან თავისი დესკტოპის და სერვერის პროცესორებისთვის. ჩიპლეტის დიზაინი იყენებს სილიკონის რამდენიმე ნაჭერს (ან კვარცხლბეკს) და თითოეულ საძირეს აქვს ერთი ან მხოლოდ რამდენიმე ფუნქცია; მაგალითად, ზოგიერთს შეიძლება ჰქონდეს მხოლოდ ბირთვი. ეს ეწინააღმდეგება მონოლითურ დიზაინს, სადაც ყველაფერი ერთ ჭურჭელშია.

ჩიპლეტები ირგებენ ზომის საკითხს და ისინი მთავარი ნაწილია იმისა, თუ რატომ შეძლო AMD-მ მურის კანონის დაცვა. გახსოვდეთ, მურის კანონი არ არის სიმჭიდროვე, მაგრამ ტრანზისტორის რაოდენობა. ჩიპლეტის ტექნოლოგიით AMD-მ შეძლო პროცესორების შექმნა 1000 მმ2-ზე მეტი ჯამური ფართობით; ამ CPU-ს დამზადება მხოლოდ ერთ ჭურჭელში ალბათ შეუძლებელია.

ერთადერთი, ყველაზე მნიშვნელოვანი, რაც AMD-მ გააკეთა, რაც ამსუბუქებს ქეშის პრობლემას, არის ქეშის დაყენება საკუთარ ჭურჭელზე. V-Cache Ryzen 7 5800X3D-ში და მეხსიერების ჩიპლეტები RX 7000 სერია არის ქეში ჩიპლეტების მაგალითი მოქმედებაში. სავარაუდოა, რომ AMD-მ ნახა კედელზე წარწერა, რადგან ქეშის შემცირება უკვე წლებია რთულია და ახლა, როდესაც ქეში შეიძლება დანარჩენებისგან დაიყოს, ის უფრო მეტ ადგილს ტოვებს უფრო დიდი ჩიპლეტებისთვის მეტი ბირთვები. RX 7900 XTX-ის მთავარი საყრდენი მხოლოდ 300 მმ2-ია, რაც იმას ნიშნავს, რომ AMD-ს დიდი ადგილი აქვს, თუ მას სურს, უფრო დიდი საყრდენი გააკეთოს.

თუმცა, ჩიპლეტები არ არის ერთადერთი გზა. Nvidia-ს აღმასრულებელი დირექტორი ახლახან გამოაცხადა მურის კანონის სიკვდილი. თავად კომპანია ეყრდნობა მის ხელოვნურ ინტელექტის ტექნოლოგიას, რათა მიაღწიოს უფრო მაღალ შესრულებას მონოლითური დიზაინისგან თავის დაღწევის საჭიროების გარეშე. მისი უახლესი Ada არქიტექტურა თეორიულად ბევრჯერ უფრო სწრაფია, ვიდრე წინა თაობის Ampere, ისეთი ფუნქციების წყალობით, როგორიცაა DLSS 3. თუმცა, უახლოეს წლებში დავინახავთ, უნდა შენარჩუნდეს თუ არა მურის კანონი ცოცხალი, ან ახალ ტექნოლოგიებს შეუძლია ასახოს მეტი ტრანზისტორის დამატების ეფექტურობის სარგებელს, რეალურად რაიმეს დამატების გარეშე.