Історично процесори швидко підвищували продуктивність відповідно до неформального «закону Мура». Закон Мура – це спостереження, що кількість транзисторів у процесорах і, отже, обчислювальна потужність процесорів подвоюються приблизно кожні два роки.
Закон Мура досить стабільно діяв протягом десятиліть з моменту його вперше сформульованого в 1965 році, в першу чергу завдяки тому, що виробники процесорів постійно вдосконалюються в тому, наскільки малими вони можуть зробити транзистори. Зменшення розміру транзистора процесора підвищує продуктивність, оскільки більше транзисторів може поміститися в меншому просторі, а менші компоненти є більш енергоефективними.
Закон Мура мертвий
Насправді, закон Мура ніколи не буде діяти вічно, оскільки зменшувати компоненти стає все важче і важче, чим менше вони стають. З 2010 року в масштабах 14 і 10 нанометрів – це 10 мільярдних часток метра – виробники процесорів почали наштовхуватися на межі того, що фізично можливо. Виробники процесорів дійсно намагалися продовжувати скорочувати розмір процесу нижче 10 нм, хоча станом на 2020 рік доступні 7 нм мікросхеми, а 5 нм чіпи знаходяться на стадії проектування.
Щоб боротися з відсутністю усадки процесу, виробникам процесорів довелося використовувати інші методи, щоб продовжувати збільшувати продуктивність процесора. Одним із цих методів є просто створення більших процесорів.
Урожайність
Однією з проблем створення такого неймовірно складного процесора, як цей, є те, що вихід процесу не становить 100%. Деякі з виготовлених процесорів просто несправні, коли їх виготовляють, і їх потрібно викинути. При виготовленні більшого процесора, більша площа означає, що існує більша ймовірність того, що кожен чіп матиме недолік, який вимагає його викидання.
Процесори виготовляються пакетами, з багатьма процесорами на одній кремнієвій пластині. Наприклад, якщо ці пластини містять у середньому 20 помилок кожна, то приблизно 20 процесорів на пластину потрібно буде викинути. При невеликому дизайні ЦП на одній пластині може бути, скажімо, сотня процесорів; втратити 20 – це не дуже добре, але прибутковість 80% повинна бути прибутковою. Однак із більшою конструкцією ви не можете розмістити стільки процесорів на одній пластині, а на пластині, можливо, лише 50 більших процесорів. Втрата 20 з цих 50 набагато болючіша і набагато менша ймовірність прибутку.
Примітка. Значення в цьому прикладі використовуються лише для демонстраційних цілей і не обов’язково відображають реальну врожайність.
чіплети
Щоб подолати цю проблему, виробники процесорів виділили деякі функції та компоненти на один або кілька окремих мікросхем, хоча вони залишаються в тому ж загальному пакеті. Ці розділені мікросхеми менші, ніж один монолітний чіп, і відомі як «чіплети».
Кожному окремому чиплету навіть не потрібно використовувати один і той самий вузол процесу. Цілком можливо мати чіплети на 7 нм і 14 нм в одному корпусі. Використання іншого технологічного вузла може допомогти заощадити витрати, оскільки легше робити більші вузли, а врожайність, як правило, вища, оскільки технологія менш передова.
Порада: процесний вузол – це термін, який використовується для позначення масштабу використовуваних транзисторів.
Наприклад, у серверних ЦП EPYC другого покоління AMD ядра процесора розподілені на вісім окремих чіплетів, кожен з яких використовує 7-нм процесорний вузол. Окремий вузол 14 нм чіплет також використовується для обробки вводу-виводу або введення-виводу чіплетів і загального пакету ЦП.
Intel розробляє деякі зі своїх майбутніх процесорів, щоб мати два окремих чіпи процесора, кожен з яких працює на іншому вузлі процесу. Ідея полягає в тому, що старий вузол larder можна використовувати для завдань із нижчими вимогами до енергії, тоді як нові ядра ЦП меншого вузла можна використовувати, коли потрібна максимальна продуктивність. Конструкція з використанням розділеного вузла обробки буде особливо корисна для Intel, яка намагається досягти прийнятного виходу для свого 10-нм процесу.