Så blev chiplets ny standard i halvledarindustrin

Driver nästa generations processorer framåt.

I decennier har antalet transistorer som kan sättas fast på en kiselbit ökat enligt principen om Moores lag, vilket gjort att det varit rimligt att anta att vi kunnat förvänta oss en fördubbling i både hastighet och kapacitet hos datorer vartannat år. Men under senare år har utvecklingen stagnerat, vilket tvingat halvledarindustrin att leta efter nya sätt att öka processorernas prestanda och effektivitet. Det är den här utvecklingen som ligger bakom utvecklingen av ”chiplet”-tekniken.

Det var 2018 som en ny typ av chipdesign gjorde debut och blev hyllad av många för sin prestanda och skalbarhet. ”Chiplet”-tekniken fördes in AMDs ”Zen 2”-baserade andra generations EPYC-serverprocessor. Det var en nydanande chiplet-baserad x86 CPU-design som användes och grunden för detta tekniska framsteg kan spåras tillbaka till åtminstone 1965 och innebär att chipen består av flera mindre bitar – chiplets – som sedan ”sys ihop”.

”Införandet av chiplets - som vissa har liknat vid högteknologiskt Lego - löser många problem för halvledarindustrin. Att byta till en chiplet-baserad design kan sänka tillverkningskostnaderna och göra det möjligt för chiptillverkare att skapa många olika serverprodukter utan att behöva skapa en ny design för varje slutmarknad,” säger Alexander Throshin på AMD.

Vad är fördelarna med chiplets?
Chiplets är små, modulära chips som kan kombineras för att skapa ett större, kraftfullare processorpaket. Detta ger bättre avkastning vid tillverkning, minskar tillverkningsförlusterna och därmed produktionskostnaderna vilket ger företag högre beräknings- och minnesprestanda än om man skulle använda ett monolitiskt chip.

Chiplets gör också att processorn kan byggas upp på ett modulärt sätt. Det innebär att processorns kärnantal kan skalas från 8 till 64 kärnor. Om kärnantalet inte kräver alla 8 chiplets kommer antingen 2, 4 eller 6 chiplets att användas, vilket innebär att kunder endast betalar för den kapacitet som används.

”Detta gör det även möjligt att förenkla design- och tillverkningsprocesserna. För att bygga en hel stapel med produkter från 8 till 64 kärnor behöver AMD bara producera 2 enheter och sedan fylla paketet med så många som behövs. Att bygga samma stack på en monolitisk teknik skulle sannolikt kräva att 4 eller 5 olika enheter produceras för att passa de olika kärnantalen,” säger Alexander Throshin.

Vad kommer härnäst?
Det AMD åstadkom med introduktionen av sin andra generation EPYC-processorer för fem år sedan är nu på väg att bli branschnorm. Många av de största namnen inom halvledarindustrin går mot chipletbaserade konstruktioner eftersom de inser att dagens marknad kräver ett nytt tillvägagångssätt.

Bland annat börjar vi nu se chiplets göra entré på marknaden för superdatorer. Världens nuvarande snabbaste superdator, Frontier, är byggd på en chiplet-baserad CPU, vilket gjorde att den blev den första superdatorn att bryta Exaflop-barriären. Den kommande El Capitan-maskinen kommer också använda chiplet-baserade CPU:er och GPU:er, och förväntas överstiga 2 Exaflops. Denna nya strategi för chipdesign möjliggör en ny klass av system som fortsätter att skala i prestanda, och faktum är att fyra av de nuvarande tio snabbaste superdatorerna är byggda på en AMD EPYC chiplet-baserad lösning.

Chiplets är även en del av den teknik som vi använder dagligdags. Chiptillverkare har börjat använda en chiplet-baserad design i grafikkort, vilket ger en skalbar mikroarkitektur som enkelt kan appliceras på olika segment.

Så vad händer härnäst?
Flera av de största chiptillverkarna, inklusive AMD, stödjer en ny standard för att koppla ihop chiplets tillverkade av olika företag. Initiativet som kallas "Universal Chiplet Interconnect Express" eller "UCIe" skulle kunna omforma nya halvledardesigner och göra det möjligt för chiptillverkare att blanda och matcha från olika leverantörer i ett enda paket.

”Även om det är svårt att sia om exakt vad som ligger runt hörnet är en sak tydlig; introduktionen av chiplets fortsätter att driva halvledarindustrin framåt,” avslutar Alexander Throshin på AMD.

2024-09-04 - Industritorget