Legea lui Moore este oficial moartă și putem vedea asta direct printr-un anunț recent TSMC,
In decembrie, Wikichip a raportat că procesul de 3 nm al TSMC nu a arătat practic nicio îmbunătățire a densității față de nodul anterior de 5 nm al companiei în ceea ce privește densitatea SRAM. Publicația a pus o întrebare simplă: tocmai am asistat la moartea SRAM? Cel puțin în opinia lui Wikichip, „scalarea istorică este oficial moartă”.
Această idee are ramificații masive pentru întreaga industrie tehnologică, iar efectele ei se vor simți pe computere și alte dispozitive în anii următori. Dar s-ar putea să vă întrebați ce înseamnă toate acestea și dacă ar trebui să vă pese. Pentru a înțelege modul în care „moartea SRAM-ului” va afecta PC-urile și modul în care designerii de cipuri se vor descurca cu aceasta, trebuie să vorbim despre noduri, legea lui Moore și cache.
Legea lui Moore morea treptat, iar acum brusc
Legea lui Moore este punctul de referință al industriei semiconductoarelor pentru succes și susține că cipurile mai noi ar trebui să aibă de două ori mai multă cantitate de tranzistori decât cipurile de acum doi ani. Intel, AMD și alți designeri de cipuri vor să se asigure că țin pasul cu Legea lui Moore, iar a nu ține pasul înseamnă a pierde avantajul tehnologic în fața concurenților.
Deoarece procesoarele pot fi doar atât de mari, singura modalitate fiabilă de a crește numărul de tranzistori este să le micșorați și să le împachetați mai dens. Un nod sau un proces este modul în care un producător de semiconductori (numit și fabrici și turnătorii) face un cip; un nod este de obicei definit de dimensiunea unui tranzistor, deci cu cât este mai mic, cu atât mai bine. Trecerea la cel mai recent proces de fabricație a fost întotdeauna o modalitate fiabilă de a crește numărul și performanța tranzistorilor, iar de decenii, industria a fost capabilă să îndeplinească toate așteptările.
Din păcate, legea lui Moore a murit de ani de zile, din jurul anului 2010, când industria a atins pragul de 32 nm. Când a încercat să meargă mai departe, a lovit un zid de cărămidă. Aproape fiecare fabrica de la TSMC la Samsung la GlobalFoundries s-a luptat să dezvolte ceva mai mic de 32 nm. În cele din urmă, au fost dezvoltate noi tehnologii care au făcut posibil progresul încă o dată, dar tranzistorii nu mai devin mai mici în același mod în care obișnuiau. Numele unui nod nu mai reflectă cât de mic este de fapt tranzistorul, iar noile procese nu mai aduc câștigurile de densitate la care erau înainte.
Industria a lovit un zid de cărămidă când a încercat să meargă mai departe de marcajul de 32 nm în 2010.
Deci, ce e cu nodul de 3 nm al TSMC? Ei bine, există două tipuri principale de tranzistori care se află într-un procesor tipic: cei pentru logică și cei pentru SRAM sau cache. Logica a fost mai ușor de micșorat decât memoria cache pentru o vreme (cache-ul este deja foarte dens), dar aceasta este prima dată când vedem o turnătorie precum TSMC nu reușește să o micșoreze deloc într-un nod nou. La un moment dat este de așteptat o variantă de 3nm cu densitate de cache semnificativ mai mare, dar TSMC cu siguranță a ajuns la un punct de inflexiune în care scalarea este foarte mică, iar alte fabrici pot întâlni același lucru problemă.
Dar problema nu este doar de a nu putea crește cantitatea de cache fără a utiliza mai multă zonă. Procesoarele pot fi doar atât de mari și orice spațiu ocupat de cache este spațiu care nu poate fi folosit pentru logică sau tranzistorii care duc la câștiguri directe de performanță. În același timp, procesoarele cu mai multe nuclee și alte caracteristici au nevoie de mai mult cache pentru a evita blocajele legate de memorie. Chiar dacă densitatea logicii continuă să crească cu fiecare nod nou, s-ar putea să nu fie suficientă pentru a compensa lipsa de scalare a SRAM. Aceasta ar putea fi lovitura ucigașă pentru Legea lui Moore.
Cum poate industria să rezolve problema SRAM
Există trei obiective pe care trebuie să le îndeplinească procesoarele de înaltă performanță: dimensiunea este limitată, memoria cache este necesară și nodurile noi nu vor mai reduce dimensiunea cache-ului mult, dacă nu va mai reduce deloc. Deși este posibil să creșteți performanța prin îmbunătățiri arhitecturale și viteze de ceas mai mari, adăugând mai mulți tranzistori a fost întotdeauna cel mai simplu și mai consistent mod de a obține o creștere a vitezei generaționale. Pentru a depăși această provocare, unul dintre aceste fundamente trebuie să se schimbe.
După cum se dovedește, există deja o soluție perfectă pentru problema SRAM: chiplet-urile. Este tehnologia pe care AMD o folosește din 2019 pentru procesoarele sale desktop și server. Un design chiplet folosește mai multe bucăți de siliciu (sau matrițe), iar fiecare matriță are una sau doar câteva funcții; unii ar putea avea doar miezuri, de exemplu. Acest lucru este în opoziție cu un design monolitic în care totul este într-o singură matriță.
Chipleturile rezolvă problema dimensiunii și sunt o parte cheie a motivului pentru care AMD a reușit să țină pasul cu Legea lui Moore. Amintiți-vă, Legea lui Moore nu este despre densitate, dar număr de tranzistori. Cu tehnologia chiplet, AMD a reușit să creeze procesoare cu o suprafață totală a matriței de peste 1.000 mm2; fabricarea acestui procesor într-o singură matriță este probabil imposibilă.
Cel mai important lucru pe care l-a făcut AMD pentru a atenua problema cache-ului este să pună cache-ul pe propriul die. V-Cache din interiorul Ryzen 7 5800X3D și chipleturile de memorie din Seria RX 7000 sunt un exemplu de chiplet-uri cache în acțiune. Este probabil ca AMD să fi văzut scrisul pe perete, deoarece memoria cache a fost dificil de micșorat de ani de zile și Acum că memoria cache poate fi partiționată de orice altceva, lasă mai mult spațiu pentru chipleturi mai mari cu mai multe miezuri. Matrița principală a RX 7900 XTX are doar aproximativ 300 mm2, ceea ce înseamnă că există mult spațiu pentru ca AMD să facă o matriță mai mare dacă dorește.
Chiplets nu sunt însă singura modalitate. CEO-ul Nvidia recent a proclamat moartea Legii lui Moore. Compania însăși se bazează pe tehnologia sa de inteligență artificială pentru a obține performanțe mai mari fără a fi nevoie să se îndepărteze de un design monolitic. Cea mai nouă arhitectură Ada a sa este teoretic de multe ori mai rapidă decât Ampere din ultima generație datorită caracteristicilor precum DLSS 3. Cu toate acestea, vom vedea în următorii ani dacă Legea lui Moore trebuie menținută în viață sau dacă noile tehnologii pot oglindi beneficiile de performanță ale adăugării mai multor tranzistori fără a fi necesar să adăugați vreunul.