Intel'in Ponte Vecchio'su ve AMD'nin Zen 3'ü Gelişmiş Yarı İletken Paketleme Teknolojisinin Vaatini Gösteriyor

Intel ve AMD, bu hafta Uluslararası Katı Hal Devreleri Konferansı'nda en gelişmiş çip tasarımlarından bazılarını tartıştılar ve ileri teknoloji paketlemenin gelecekteki üst düzey çip ürünlerinde oynadığı rolü vurguladılar. Her iki durumda da, etkileyici yeni performans yetenekleri, farklı üretim süreçleri kullanılarak farklı fabrikalarda yapılan yapı taşlarını birleştiren modüler yaklaşımlardan gelir. Yarı iletken inovasyonunun geleceğinde çip paketlemenin büyük potansiyelini göstermektedir.

Intel'in Ponte Vecchio için hedef pazarı, büyük veri merkezi sistemlerine yerleştirilecek yüksek performanslı bir modüldür. Bir grafik işleme birimidir (GPU) ve yapay zeka, makine öğrenimi ve bilgisayar grafiklerindeki uygulamalar için tasarlanmıştır. Adını, İtalya'nın Floransa kentindeki Arno Nehri'nin bir tarafında bulunan Piazza della Signoria ile diğer tarafında bulunan Pallazzo Pitti'yi birbirine bağlayan orta çağdan kalma taş köprüden almıştır. Tasarımın öne çıkan noktalarından biri, eksiksiz sistemler oluşturmak için birleştirilmesi gereken çok sayıda özel yongayı - entegre devre yapı taşlarını nasıl birbirine bağladığıdır.

Ponte Vecchio, Taiwan Semiconductor Manufacturing Company'nin (TSMC) en gelişmiş 5 nm işleminde üretilmiş sekiz “karo” kullanır. Her karoda sekiz “X^e"çekirdekler ve sekiz çekirdeğin her biri sırayla sekiz vektör ve sekiz özel matris motoruna sahiptir. Fayanslar, onları dev bir anahtar kumaşı ile belleğe ve dış dünyaya bağlayan bir "temel karo"nun üzerine yerleştirilir. Bu temel karo, şirketin geliştirilmiş 7 nm SuperFin üretim sürecinin yeni adı olan şirketin “Intel 10” süreci kullanılarak yapılmıştır. Ayrıca, Intel 7 Foveros ara bağlantı teknolojisi kullanılarak bir taban döşemesi üzerine inşa edilmiş, Bant Genişliği Optimize Edilmiş Rastgele Erişim Belleği anlamına gelen "RAMBO" adlı yüksek performanslı bir bellek sistemi de bulunmaktadır. Diğer birçok yapı taşı da dahil edilmiştir.

Ponte Vecchio tasarımı, 63 x 47 mm (yaklaşık 16 x) tek bir pakette toplam 100 milyar transistörle 77.5 farklı döşemeyi (62.5 bilgi işlem işlevlerini yerine getiren ve 3'sı termal yönetim için) birleştiren heterojen entegrasyonda bir vaka çalışmasıdır. 2.5 inç). Bu kadar bilgi işlem gücünün bir depoyu doldurması ve elektrik şebekesine kendi bağlantısını gerektirmesi çok uzun zaman önce değildi. Böyle bir tasarımdaki mühendislik zorlukları çoktur:

Tüm parçaların bağlanması. Tasarımcıların, sinyalleri birbirinden farklı tüm çipler arasında taşımak için bir yola ihtiyacı var. Eski zamanlarda bu, baskılı devre kartları üzerinde teller veya izler ile yapılırdı ve çipler, kartlara lehimlenerek yapıştırılırdı. Ancak sinyal sayısı ve hız arttıkça bu enerji uzun zaman önce tükendi. Her şeyi tek bir çipe yerleştirirseniz, bunları üretim sürecinin arka ucunda metal izlerle bağlayabilirsiniz. Birden fazla yonga kullanmak istiyorsanız bu, çok sayıda bağlantı pimine ihtiyacınız olduğu ve bağlantı mesafelerinin kısa olmasını istediğiniz anlamına gelir. Intel bunu desteklemek için iki teknoloji kullanır. Birincisi, aynı anda yüzlerce veya binlerce bağlantı sağlayabilen küçük bir silikon şeridinden yapılmış "gömülü çoklu kalıp ara bağlantı köprüsü" (EMIB), ikincisi ise ilk önce Foveros kalıptan kalıba istifleme teknolojisidir. Lakefield mobil işlemcisinde kullanılır.

Tüm parçaların senkronize olduğundan emin olmak. Çok sayıda farklı parçayı bağladıktan sonra, tüm parçaların senkronize olarak birbirleriyle konuşabildiğinden emin olmanız gerekir. Bu genellikle, saat olarak bilinen bir zamanlama sinyalini dağıtmak anlamına gelir, böylece tüm çipler adım adım çalışabilir. Bu, sinyaller çarpık olma eğiliminde olduğundan ve çevrede çok sayıda sinyalin yansıdığı çok gürültülü olduğundan, bunun önemsiz olmadığı ortaya çıkıyor. Örneğin, her bir hesaplama kutucuğu 7,000 milimetre karelik bir alanda 40'den fazla bağlantıya sahiptir, bu nedenle senkronize edilmesi gereken çok şey vardır.

ısıyı yönetmek. Modüler karoların her biri çok fazla güç gerektirir ve üretilen ısıyı ortadan kaldırırken bunu tüm yüzey boyunca eşit olarak iletmek büyük bir zorluktur. Bellek yongaları bir süredir istifleniyor, ancak üretilen ısı oldukça eşit bir şekilde dağılıyor. İşlemci yongaları veya karoları, ne kadar yoğun olarak kullanıldıklarına bağlı olarak sıcak noktalara sahip olabilir ve 3B yonga yığınında ısıyı yönetmek kolay değildir. Intel, yongaların arka tarafları için bir metalleştirme işlemi kullandı ve Ponte Vecchio sistemi tarafından üretilen tahmini 600 watt'ı işlemek için bunları ısı yayıcılarla entegre etti.

Intel'in bildirdiği ilk laboratuvar sonuçları >45 Teraflop performansı içeriyordu. Argonne Ulusal Laboratuvarlarında inşa edilen Aurora süper bilgisayarı, 54,000'den fazla yeni nesil Xeon işlemciyle birlikte 18,000'den fazla Ponte Vecchios kullanacak. Aurora, bir Teraflop makinesinden 2 kat daha fazla olan 1,000 Exaflop'un üzerinde hedeflenen en yüksek performansa sahiptir. 1990'ların ortalarında, süper bilgisayar işindeyken, bir Teraflop makinesi 100 milyon dolarlık bir bilim projesiydi.

AMD'nin Zen 3'ü

AMD, TSMC'nin 3 nm süreci üzerine kurulu Zen 7 ikinci nesil mikroişlemci çekirdeğinden bahsetti. Bu mikroişlemci çekirdeği, düşük güçlü mobil cihazlardan masaüstü bilgisayarlara ve en güçlü veri merkezi sunucularına kadar AMD'nin pazar segmentlerinde kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Bu stratejinin temel ilkesi, Zen 3 çekirdeğini, Intel'in karoları gibi modüler yapı taşları olarak hizmet veren tek bir yonga üzerinde “çekirdek kompleksi” olarak destek işlevleriyle paketlemekti. Böylece, yüksek performanslı bir masaüstü veya sunucu için sekiz chiplet veya satın alabileceğim ucuz bir ev sistemi gibi bir değer sistemi için dört chiplet paketleyebilirler. AMD ayrıca, üst üste yerleştirilmiş birden çok çipi bağlamanın bir yolu olan silikon yoluyla geçişler (TSV'ler) olarak adlandırılanları kullanarak çipleri dikey olarak istifler. Ayrıca, bu yongalardan iki ila sekiz tanesini GlobalFoundries 12 nm işleminde yapılmış bir sunucu kalıbıyla birleştirebilir ve 3.^rd nesil EPYC sunucu çipleri.

Ponte Vecchio ve Zen 3'ün öne çıkardığı en büyük fırsat, farklı işlemler kullanılarak yapılan çipleri karıştırabilme ve eşleştirme yeteneğidir. Intel'in durumunda, bu hem kendi başına yapılan parçaları hem de TSMC'nin en gelişmiş süreçlerini içeriyordu. AMD, TSMC ve GlobalFoundries'ten parçaları birleştirebilir. Sadece büyük bir yonga oluşturmak yerine daha küçük yongaları veya karoları birbirine bağlamanın büyük bir avantajı, daha küçük olanların daha iyi üretim verimine sahip olması ve dolayısıyla daha az maliyetli olmasıdır. Ayrıca, yeni chiplet'leri, iyi olduğunu bildiğiniz veya daha ucuz bir işlemle yapılmış, kanıtlanmış eski yongalarla karıştırıp eşleştirebilirsiniz.

Hem AMD hem de Intel tasarımları tekniktir güç turları. Hiç şüphesiz çok çalışmayı ve öğrenmeyi temsil ederler ve büyük kaynak yatırımlarını temsil ederler. Ancak IBM'in 360'larda ana bilgisayarı System/1960'ta modüler alt sistemleri tanıtması ve 1980'lerde kişisel bilgisayarların modüler hale gelmesi gibi, bu iki tasarımın örneklediği ve gelişmiş çip paketleme ile etkinleştirilen silikon mikrosistemlerin modüler bölümlenmesi, önemli bir teknoloji kaymasının habercisidir. Burada gösterilen yeteneklerin çoğu, çoğu start-up'ın erişiminin dışındadır, ancak teknoloji daha erişilebilir hale geldiğinde, bir karıştır ve eşleştir inovasyon dalgasını serbest bırakacağını hayal edebiliyoruz.