Moore'o dėsnis oficialiai miręs, ir mes tai matome iš pirmų lūpų iš neseniai paskelbto TSMC pranešimo,
Gruodžio, Wikichip pranešė kad TSMC 3 nm procesas praktiškai nepagerėjo, palyginti su ankstesniu įmonės 5 nm mazgu, atsižvelgiant į SRAM tankį. Leidinys uždavė vieną paprastą klausimą: ar mes ką tik matėme SRAM mirtį? Bent jau Wikichip nuomone, „istorinis mastelio keitimas oficialiai miręs“.
Ši idėja turi didžiulių pasekmių visai technologijų pramonei, o jos poveikis kompiuteriuose ir kituose įrenginiuose bus jaučiamas daugelį metų. Tačiau galbūt klausiate savęs, ką visa tai reiškia ir ar jums tai turėtų rūpėti. Norint suprasti, kaip „SRAM mirtis“ paveiks asmeninius kompiuterius ir kaip su tuo susidoros lustų kūrėjai, turime pakalbėti apie mazgus, Moore'o dėsnį ir talpyklą.
Moore'o dėsnis miršta palaipsniui, o dabar staiga
Moore'o įstatymas yra puslaidininkių pramonės sėkmės etalonas ir teigia, kad naujesniuose lustuose turėtų būti dvigubai daugiau tranzistorių nei prieš dvejus metus. „Intel“, „AMD“ ir kiti lustų kūrėjai nori įsitikinti, kad neatsilieka nuo Moore'o dėsnio, o jei nesilaikoma, konkurentai praranda technologinį pranašumą.
Kadangi procesoriai gali būti tik tokie dideli, vienintelis patikimas būdas padidinti tranzistorių skaičių yra juos sumažinti ir tankiau supakuoti. Mazgas arba procesas yra tai, kaip puslaidininkių gamintojas (taip pat vadinamas gamyklomis ir liejyklomis) gamina lustą; mazgas paprastai apibrėžiamas pagal tranzistoriaus dydį, todėl kuo mažesnis, tuo geriau. Atnaujinimas iki naujausio gamybos proceso visada buvo patikimas būdas padidinti tranzistorių skaičių ir našumą, o dešimtmečius pramonė galėjo patenkinti visus lūkesčius.
Deja, Moore'o įstatymas miršta jau daugelį metų, maždaug nuo 2010 m., Kai pramonė pasiekė 32 nm ribą. Bandydamas eiti toliau, atsitrenkė į mūrinę sieną. Beveik kiekviena gamykla – nuo TSMC iki „Samsung“ iki „GlobalFoundries“ – stengėsi sukurti mažesnį nei 32 nm. Galiausiai buvo sukurtos naujos technologijos, kurios dar kartą padarė pažangą, tačiau tranzistoriai nebemažėja taip, kaip anksčiau. Mazgo pavadinimas nebeatspindi, koks mažas iš tikrųjų yra tranzistorius, o nauji procesai nebegauna ankstesnio tankio padidėjimo.
Pramonė atsitrenkė į plytų sieną, kai 2010 m. bandė viršyti 32 nm ribą.
Taigi, kas atsitiko su TSMC 3 nm mazgu? Na, yra du pagrindiniai tranzistorių tipai, kurie yra tipiškame procesoriuje: tie, kurie skirti logikai ir SRAM arba talpyklos. Kurį laiką logiką buvo lengviau sutraukti nei talpyklą (talpykla jau tikrai tanki), tačiau pirmą kartą matome, kad tokiai liejyklai kaip TSMC visiškai nepavyksta jos sumažinti naujame mazge. Tam tikru momentu tikimasi 3 nm varianto su žymiai didesniu talpyklos tankiu, bet TSMC tikrai pataikė į vingio tašką, kuriame mastelio keitimas yra labai mažas, ir kiti gaminiai gali susidurti su tuo pačiu problema.
Tačiau problema kyla ne tik dėl to, kad nepavyksta padidinti talpyklos kiekio nenaudojant daugiau vietos. Procesoriai gali būti tik tokie dideli, o bet kokia talpyklos užimama vieta yra erdvė, kurios negalima panaudoti logikai arba tranzistoriams, kurie lemia tiesioginį našumo padidėjimą. Tuo pačiu metu procesoriams, turintiems daugiau branduolių ir kitų funkcijų, reikia daugiau talpyklos, kad būtų išvengta su atmintimi susijusių kliūčių. Nors logikos tankis ir toliau didėja su kiekvienu nauju mazgu, jo gali nepakakti kompensuoti SRAM mastelio trūkumą. Tai gali būti mirtinas smūgis Moore'o įstatymui.
Kaip pramonė gali išspręsti SRAM problemą
Didelio našumo procesoriai turi pasiekti tris tikslus: dydis yra ribotas, reikalinga talpykla, o nauji mazgai nebesumažins talpyklos dydžio, jei išvis. Nors galima padidinti našumą naudojant architektūrinius patobulinimus ir didesnį laikrodžio greitį, pridedant daugiau tranzistorių visada buvo lengviausias ir nuosekliausias būdas padidinti kartos greitį. Norint įveikti šį iššūkį, reikia pakeisti vieną iš šių pagrindų.
Kaip paaiškėjo, jau yra puikiai veikiantis SRAM problemos sprendimas: mikroschemos. Tai technologija, kurią AMD naudoja nuo 2019 m. savo darbalaukio ir serverio procesoriams. Mikroschemų konstrukcijoje naudojami keli silicio gabalai (arba štampai), o kiekvienas štampas turi vieną arba tik kelias funkcijas; kai kurie gali turėti tiesiog branduolius. Tai prieštarauja monolitiniam dizainui, kai viskas yra viename štampelyje.
Chiplets išsprendžia dydžio problemą ir yra pagrindinė dalis, kodėl AMD sugebėjo neatsilikti nuo Moore'o įstatymo. Atminkite, kad Moore'o įstatymas nėra skirtas tankis, bet tranzistorių skaičius. Naudodama mikroschemų technologiją, AMD sugebėjo sukurti procesorius, kurių bendras štampo plotas viršija 1000 mm2; Pagaminti šį procesorių vienu štampu tikriausiai neįmanoma.
Vienintelis svarbiausias dalykas, kurį AMD padarė, kad sumažintų talpyklos problemą, yra talpyklos įdėjimas į savo miršta. Ryzen 7 5800X3D esanti V talpykla ir atminties mikroschemos RX 7000 serija yra talpyklos mikroschemų veikimo pavyzdys. Tikėtina, kad AMD matė užrašą ant sienos, nes talpyklą jau daugelį metų sunku sumažinti Dabar, kai talpyklą galima atskirti nuo viso kito, paliekama daugiau vietos didesniems lustams su daugiau šerdys. Pagrindinis RX 7900 XTX štampas yra tik apie 300 mm2, o tai reiškia, kad AMD turi daug vietos, kad galėtų pagaminti didesnį matricą, jei to nori.
Tačiau lustai nėra vienintelis būdas. Neseniai „Nvidia“ generalinis direktorius paskelbė Moore'o įstatymo mirtį. Pati įmonė remiasi savo dirbtinio intelekto technologija, kad pasiektų didesnį našumą, neatsitraukdama nuo monolitinio dizaino. Jo naujausia „Ada“ architektūra teoriškai yra daug kartų greitesnė nei paskutinės kartos „Ampere“ dėl tokių funkcijų kaip DLSS 3. Tačiau ateinančiais metais pamatysime, ar Moore'o dėsnis turi likti gyvas, ar naujosios technologijos gali atspindėti našumo naudą, kai pridedama daugiau tranzistorių, net nereikia jų pridėti.