Исторически процессоры быстро увеличивали производительность в соответствии с неформальным «законом Мура». Закон Мура - это наблюдение, согласно которому количество транзисторов в процессорах и, следовательно, вычислительная мощность процессоров удваивается примерно каждые два года.
Закон Мура довольно последовательно соблюдался на протяжении десятилетий с момента его первого утверждения в 1965 году, в первую очередь из-за того, что производители процессоров постоянно совершенствовали свои возможности изготовления транзисторов. Уменьшение размера транзистора процессора увеличивает производительность, потому что больше транзисторов может поместиться в меньшее пространство, а меньшие компоненты более энергоэффективны.
Закон Мура мертв
На самом деле, закон Мура никогда не будет действовать вечно, поскольку сжимать компоненты становится все труднее и труднее, чем меньше они становятся. С 2010 года в масштабе 14 и 10 нанометров, то есть 10 миллиардных долей метра, производители процессоров начали сталкиваться с гранью физических возможностей. Производители процессоров действительно изо всех сил пытаются продолжать сокращать размер процесса ниже 10 нм, хотя по состоянию на 2020 год доступно несколько 7-нм чипов, а 5-нм чипы находятся в стадии проектирования.
Чтобы бороться с отсутствием усадки процесса, производителям процессоров пришлось использовать другие методы для дальнейшего повышения производительности процессоров. Один из этих методов - просто создание процессоров большего размера.
Урожай
Одна из проблем при создании такого невероятно сложного процессора заключается в том, что производительность процесса не составляет 100%. Некоторые из производимых процессоров просто неисправны, и их нужно выбросить. При создании процессора большего размера большая площадь означает, что у каждого чипа больше шансов иметь дефект, требующий его выброса.
Процессоры производятся партиями, причем множество процессоров размещается на одной кремниевой пластине. Например, если эти пластины содержат в среднем 20 ошибок каждая, то придется выбросить примерно 20 процессоров на пластину. При небольшой конструкции ЦП на одной пластине может быть, скажем, сотня процессоров; потерять 20 - это не здорово, но доходность 80% должна быть прибыльной. Однако с более крупной конструкцией вы не сможете разместить столько процессоров на одной пластине, возможно, на пластине уместится только 50 более крупных процессоров. Потерять 20 из этих 50 гораздо болезненнее и с гораздо меньшей вероятностью будет приносить прибыль.
Примечание. Значения в этом примере используются только в демонстрационных целях и не обязательно отражают реальную урожайность.
Чиплеты
Чтобы решить эту проблему, производители процессоров разделили некоторые функции и компоненты на один или несколько отдельных чипов, хотя они и остались в одном и том же корпусе. Эти отдельные микросхемы меньше, чем одна монолитная микросхема, и известны как «микросхемы».
Для каждого отдельного чиплета даже не обязательно использовать один и тот же технологический узел. Вполне возможно иметь чиплеты на основе 7 и 14 нм в одном и том же корпусе. Использование другого технологического узла может помочь снизить затраты, так как легче создавать узлы большего размера, а выход, как правило, выше, поскольку технология менее передовая.
Совет: Технологический узел - это термин, используемый для обозначения масштаба используемых транзисторов.
Например, в серверных процессорах AMD EPYC второго поколения ядра процессора разделены на восемь отдельных чиплетов, каждый из которых использует 7-нм процессорный узел. Отдельный 14-нм узловой чиплет также используется для обработки ввода-вывода или ввода-вывода чиплетов и всего пакета ЦП.
Intel проектирует некоторые из своих будущих ЦП с двумя отдельными процессорами ЦП, каждая из которых работает на разных узлах процесса. Идея состоит в том, что более старый узел кладовой можно использовать для задач с более низким энергопотреблением, в то время как новые ядра ЦП меньшего узла могут использоваться, когда требуется максимальная производительность. Конструкция с использованием узла раздельной обработки будет особенно полезна для Intel, которая изо всех сил пыталась достичь приемлемой производительности для своего 10-нм процесса.