Alexander Troshin, Product Marketing Manager di AMD per Emea, illustra sviluppo e futuro dei chiplet, tecnologia che ha rivoluzionato fin dalla sua nascita il settore dei semiconduttori.
Per decenni, il numero di transistor che potevano essere inseriti in un singolo chip è aumentato in base al principio della Legge di Moore: la velocità e la capacità dei computer raddoppiano ogni 2 anni. Tuttavia, negli ultimi anni, questa legge ha subito un notevole arresto. A tal punto da portare l’industria dei semiconduttori a cercare nuovi metodi per aumentare le prestazioni e l’efficienza delle CPU. Nel 2018 ha debuttato un nuovo design accolto dai più come un’innovazione del settore in termini di prestazioni e scalabilità. Si tratta della nuova tecnologia “chiplet” presentata da AMD e integrata nei processori EPYC di seconda generazione basati su “Zen 2”. Processori passati alla storia per essere stati i primi dotati di un rivoluzionario design CPU x86 basato su chiplet.
Mattoncini Lego hi-tech, chiplet e settore dei semiconduttori
Un approccio incentrato sui chiplet, rispetto a uno caratterizzato da un unico blocco e realizzato da zero, significa che i chip possono essere composti da molteplici componenti più piccoli, o chiplet, assemblati come fossero un unico processore. L’introduzione dei chiplet – che alcuni hanno paragonato a dei Lego hi-tech – ha risolto molti problemi per l’industria dei semiconduttori. In particolare in termini di riduzione dei costi di produzione e di realizzazione di intere linee di prodotti senza la necessità di riprogettarli per ciascun mercato di destinazione.
Quali sono i vantaggi di questa tecnologia
I chiplet sono piccoli componenti modulari che possono essere combinati per creare un processore più grande e potente. Più semplicemente, questo nuovo approccio consente di utilizzare unità di elaborazione più piccole invece di una unica più grande. Offrendo così rendimenti migliori in produzione, riducendone le perdite e di conseguenza i costi. In questo modo, le aziende possono offrire densità di core notevolmente superiori, assicurando prestazioni di calcolo e di memoria molto più elevate rispetto a quelle di un chip monolitico.
I chiplet consentono inoltre di comporre il processore in modo modulare. Ad esempio, nelle serie EPYC 7002 e 7003 è presente un modulo centrale di I/O circondato da un massimo di 8 chiplet di calcolo. Così è possibile scalare il numero di core della CPU da 8 a 64, garantendo, ove possibile, l’ottimizzazione dei costi. Infatti, se il numero di core non richiede l’utilizzo di tutti e 8 chiplet, ma 2, 4 o 6, i clienti possono non pagare i chiplet inutilizzati.
Chiplet e settore dei semiconduttori
Per realizzare un intero stack di prodotti da 8 a 64 core, AMD deve produrre solo due dispositivi – il modulo di I/O e il chiplet di calcolo – e poi completare il pacchetto con tutti i dispositivi necessari. La realizzazione dello stesso stack su una tecnologia monolitica richiederebbe probabilmente la produzione di 4 o 5 dispositivi diversi. Inoltre, non c’è motivo per cui i chiplet debbano essere utilizzati per l’elaborazione x86. Sarebbe possibile, ad esempio, sostituire un chiplet di calcolo x86 con uno progettato specificamente come acceleratore AI, motore di offload di rete o qualsiasi altro dispositivo dedicato. Offrendo in questo modo un enorme potenziale per affrontare workload nascenti, senza compromettere i requisiti di calcolo fondamentali richiesti dai clienti.
Il “die stacking”
Per spingere ancora più in là i livelli di prestazione è possibile utilizzare un altro meccanismo di packaging avanzato. Infatti il cosiddetto “die stacking” permette di disporre i moduli verticalmente uno sull’altro, anziché distribuirli nello stesso package con interconnessioni più lunghe tra di loro. Questo riduce la latenza e migliora le prestazioni. AMD è stata pioniera di questa tecnologia grazie all’introduzione della V-Cache 3D che la utilizza per triplicare la quantità di cache L3 di una CPU.
Il futuro: chiplet e settore dei semiconduttori
Quello che AMD ha realizzato con l’introduzione della seconda generazione di processori EPYC 5 anni fa si sta avviando a diventare la norma del settore. Dal momento che i progetti monolitici non sono più scalabili, molti dei più grandi nomi dell’industria dei semiconduttori si stanno orientando verso progetti basati su chiplet. Riconoscendo così la necessità di un nuovo approccio. Significa che stiamo assistendo all’ingresso dei chiplet nella corsa ai supercomputer. Il supercomputer più veloce del mondo oggi è Frontier ed è stato progettato con una CPU basata su chiplet che gli ha permesso di essere il primo a superare la barriera degli Exaflop. El Capitan utilizzerà CPU e GPU basate su chiplet e si prevede che supererà i 2 Exaflop.
Un utilizzo quotidiano
Questo approccio consente di realizzare una nuova classe di computer che continuano a scalare le proprie performance. Infatti, 4 degli attuali 10 supercomputer più importanti a livello globale sono sviluppati su una soluzione basata su chiplet AMD EPYC. I chiplet vengono impiegati anche nelle tecnologie che usiamo tutti i giorni. Ad esempio, vengono oggi utilizzati nelle schede grafiche come microarchitettura scalabile che può essere implementata facilmente in diversi settori.
Quale sarà il prossimo passo?
Molti dei maggiori produttori di chip, tra cui AMD, stanno supportando un nuovo standard per connettere i chiplet prodotti da aziende diverse. L’“Universal Chiplet Interconnect Express” (UCIe) potrebbe rimodellare i nuovi progetti di chipset, consentendo ai produttori di combinare il silicio di diversi fornitori all’interno di un’unica soluzione. Indipendentemente da quello che accadrà, è evidente che l’introduzione dei chiplet continuerà a stimolare l’innovazione nel settore dei semiconduttori.
