За минувшие дни на конференции Hotchips 2019 в Калифорнии было объявлено немало интересных инноваций. Мы уже написали о крупном чипе площадью 46.225 мм², который должен содержать 400.000 ядер. Intel рассказала подробности ускорителей ИИ NNP-I и NNP-T, AMD приоткрыла завесу тайны над процессорами EPYC второго поколения.
Незадолго до конференции Hotchips TSMC показала крупный дизайн чиплета на гигантской подложке. Непосредственно на самой конференции контрактный производитель рассказал о нынешних и грядущих вызовах в сфере полупроводникового производства. В ближайшей перспективе закон Мура продолжит действовать, в том числе и благодаря переходу на меньшие техпроцессы. Например, сейчас TSMC работает над внедрением 5-нм техпроцесса, уже начато рисковое производство. В массовое производство запущены техпроцессы N7 и N7P - они как раз используются для нынешних процессоров AMD Ryzen и EPYC, а также GPU Navi. В случае N5 и N5P технология глубокого ультрафиолета (EUV) будет использоваться еще более широко.
Плотность упаковки транзисторов в одном слое будет увеличиваться, вместе с тем можно рассчитывать на рост производительности и снижение энергопотребления. А новые технологии компоновки позволят усложнять чип не только в одном слое, но и создавать крупные 3D-дизайны, являющиеся продолжением существующих дизайнов 2.5D.
Меньшие техпроцессы будут сочетаться с новыми технологиями компоновки. Здесь TSMC особо подчеркивает N3, 3-нм техпроцесс. Но прогнозы производителя идут еще дальше - речь зашла даже о 1,4-нм техпроцессе. Впрочем, следует помнить, что не следует слепо сравнивать техпроцессы по размеру структуры.
Диаметр человеческого волоса составляет 0,1 мм. Типичный размер бактерии - 2 мкм, вируса - 50 нм. В углеродных нанотрубках расстояние между атомами углерода составляет всего 1,2 нм. Но производители полупроводников уже выпускают чипы с 7-нм структурами. Впрочем, планы, как мы отметили выше, идут гораздо дальше. Размер структуры на самом деле мало говорит о компоновке транзистора и других параметрах полупроводникового чипа, но для примерной оценки его использовать можно. Для TMSC ключевым фактором разработки новых техпроцессов являются новые материалы.
TSMC подчеркивает преимущество дизайна чиплетов
TSMC уже несколько раз почеркнула, что без перехода на чиплеты было бы проблематично продолжать увеличивать вычислительную производительность чипов и плотность компоновки. Что видно по презентации технологии чиплетов для процессоров ARM HPC, а также упомянутому выше анонсу чипа с множеством кристаллов-чиплетов на гигантской подложке.
Вместе с AMD тайваньскому производителю уже удалось выпустить первые массовые продукты на основе чиплетов, и в ближайшие годы этот дизайн будет доминировать. Впрочем, если верить TSMC, данная тенденция вовсе не новая. Еще несколько лет назад появилась потребность пододвинуть память ближе к вычислительным ядрам, что и привело к наработкам в данной сфере. Хороший пример - чипы памяти HBM в упаковке GPU, подобный дизайн сегодня предлагают и AMD, и NVIDIA. Хотя для игровых видеокарт он все же слишком дорогой. Но ускорители для дата-центров уже не обходятся без HBM.
В будущем память и вычислительные ядра продолжат сближение. Что было хорошо видно на нынешней конференции Hotchips. Например, французский стартап UPMEM показал планки памяти DIMM с вычислительными ядрами прямо в чипах DRAM. Гигантский чип Cerebras содержит 18 Гбайт SRAM, что тоже указывает на важность близко расположенной памяти.
В данной сфере, если верить TSMC, в ближайшие годы произойдут серьезные сдвиги. Упомянутый выше техпроцесс 1,4 нм позволит увеличить емкость кэша SRAM на чипе до нескольких гигабайт.
TSMC готова к тому, чтобы преодолевать грядущие испытания. Чипы будут более сложными на разных уровнях (новый техпроцесс, новая компоновка и т.д.), но TSMC уверена в решении всех проблем, компания не сомневается в сохранении действия закона Мура на ближайшие годы.
Несколько лет назад многие считали, что действие закона Мура закончилось. Действительно, тогда казалось, что технологии производства достигли своего предела, а NVIDIA высказывала мнение, что закон Мура продолжит выполняться только через параллельные дизайны архитектур. Сама Intel видела потенциал поддержания роста вычислительной производительности в Hyperscaling. Но проблемы с 10-нм техпроцессом сильно пошатнули положение Intel и привели к задержкам. Но Джим Келлер из Intel все же надеется продолжить действие закона Мура с помощью комбинации разных мер.