Wie Chip-Herstellern Umgehen, Moore ‘ s Gesetz zu Bauen, Super-Schnellen CPUs von Morgen

Foto: Alex Cranz (Gizmodo)

Jahr In ReviewWe Blick zurück auf die besten, schlimmsten und wichtigsten Momente des Jahres, und freuen uns auf das nächste Jahr.

Der Elefant im Raum wurde, für eine sehr lange Zeit, von Moore ‘ s Law—oder wirklich, seine schließliche Ende des Spiels. Intel-Mitbegründer Gordon Moore prognostizierte im Jahr 1965 Papier, dass die Anzahl der transistoren auf einem chip verdoppeln würde jedes Jahr. Mehr transistoren bedeuten mehr Geschwindigkeit, und das stetige Zunahme angeheizt hat Jahrzehnte von computer-Fortschritt. Es ist die traditionelle Art der CPU-Macher stellen Ihre CPUs schneller. Aber diese Fortschritte in der transistoren sind Anzeichen für eine Verlangsamung. “Running out of steam”, sagte Natalie Jerger, professor für elektrische und computer engineering an der University of Toronto.

Jerger ist nicht der einzige, es zu sagen. Im Jahr 2016, MIT ‘ s Technology Review erklärt, “Moore’ s Law ist tot”, und im Januar dieses Jahres das Register gab eine “Todesnachricht” für Moore ‘ s Law. Und wenn du gekauft hast, einen laptop in den letzten paar Jahren, haben Sie wahrscheinlich bemerkt es auch. CPUs nicht zu sein scheinen immer viel schneller gegenüber dem Vorjahr. Intel, das macht die CPUs gefunden in den meisten laptops, desktops und Servern, die nur selten in der Lage, sich rühmen, mehr als ein 15-Prozent-Verbesserung in der Leistung seit 2014, und AMD, sogar mit einigen ziemlich Radikale neue Ansätze zu entwerfen, ist in der Regel nur Schritt halten mit Intel in Kopf-an-Kopf-Schlachten.

In der typischen “monolithisch” design eingearbeitet, die von Intel und (bis vor kurzem) von AMD, die CPU ist aus Halbleiter-material—fast immer Silizium. Dies nennt man sterben. Auf der Oberseite des Würfels werden eine Reihe von transistoren, die miteinander kommunizieren schnell, weil Sie sind alle auf dem gleichen Chip. Mehr transistoren bedeuten schnellere Verarbeitung und ideal, wenn Sie schrumpfen die Größe des Würfels, die transistoren gepackt werden, näher zusammen und können kommunizieren Sie noch schneller mit einander, was zu schnelleren Prozessen und einer besseren Energieeffizienz. Im Jahr 1974, der erste Mikroprozessor, der Intel 8080, wurde auf einer 6-Mikrometer sterben. Im nächsten Jahr ist die AMD-Prozessoren sind voraussichtlich gebaut werden auf einer 7-nanometer-sterben. Das ist etwa 1.000-mal kleiner, und eine ganze Menge schneller.

Aber AMD erreicht seine größte Geschwindigkeit gewinnt vor kurzem mit seiner lächerlich klingenden Threadripper CPUs. Diese sind CPUs mit einer core-Anzahl, die beginnt so niedrig wie 8 und geht den ganzen Weg bis zu 32. Ein Kern ist eine Art, wie die engine die CPU. In modernen computing, mehrere Kerne können die Funktion parallel, sodass bestimmte Abläufe, die die Vorteile von mehreren Kernen um noch schneller zu gehen. Mit 32 Kernen kann so etwas zu nehmen wie das Rendern einer 3D-Datei in Blender von 10 Minuten auf nur eine minute und eine Hälfte, wie in diesem benchmark ausführen von PCWorld.

Auch, nur sagen Sie haben ein 32-core-Prozessor klingt cool! Und AMD erreicht es, indem wir chiplet-design. Alle modernen CPUs etwas namens Infinity-Stoff. Beim sprechen Gizmodo früher in diesem Jahr, dies ist, was Jim Anderson, der ehemalige general manager von AMDs computing und graphics business group, genannt die “secret sauce” von AMDs neueste Mikroarchitektur Zen. CTO Mark Papermaster, mittlerweile, nannte es “ein verstecktes Juwel.”

Infinity-Fabric ist ein neues system-bus-Architektur auf der Basis von open-source-Hyper-Transport. Ein bus-system das tut, was Sie denken, es würde—bus Daten von einem Punkt zu einem anderen. Infinity Stoff ordentlich Leistung ist, dass es Busse, die Daten wirklich schnell und ermöglicht Prozessoren gebaut, die zu überwinden eine der wichtigsten Hürden der chiplet-CPU-design: Latenz.

Chiplet-design ist nicht neu, aber es ist oft schwierig zu erreichen, weil es schwer zu machen, eine ganze Reihe von transistor auf separaten sterben miteinander sprechen, so schnell wie Sie können auf einem einzigen Stück Silizium. Aber mit der AMD-Threadrippers, Sie haben eine Reihe von typischen Ryzen CPUs ausgelegt auf die Infinity-Stoff und die Kommunikation fast so schnell, als wären Sie auf einem einzigen Chip.

Es funktioniert wirklich gut, und die Ergebnisse sind super-schnellen Prozessor, das ist so Billig machen, dass AMD können es verkaufen, für einen Bruchteil des Preises etwas vergleichbares von Intel, die weiterhin verwenden monolithische design des high-core-count-CPUs. In einer Weise, die Unendlichkeit der Stoff ist ein Weg, um zu betrügen das Moore ‘ sche Gesetz, weil es nicht eine einzelne schnelle CPU—es ist eine ganze Reihe angebracht, die über den Infinity-Stoff. So ist es nicht AMD die überwindung der Grenzen von Moore ‘ s Law, aber es zu umgehen.

“Wenn Sie einen Schritt zurück und sagen, ‘Nun, Moore’ s Law ist eigentlich nur über eine stärkere integration von Funktionalität, ” ich glaube, dass die chiplets—es tut nicht in irgendeiner Weise zu helfen, die Integration mehr kleinere transistoren, aber es hilft uns, Systeme aufzubauen, die haben einen größeren Funktionsumfang und mehr Möglichkeiten als die generation vor,” Jerger sagte.

Sie bemerkte, dass in einigen Fällen, das Gespräch rund um chiplet-design ist eine Ablenkung von einem Unternehmen mehr nennenswerte Ausfälle. Sie verweisen auf Intel, das hat in den letzten Jahren, vor allem kämpfte mit den Einschränkungen der transistoren, die nicht schrumpfen, für immer. Es ist schon klebte ein 14nm Prozessor und vielversprechend, aber nicht zu liefern, eine 10nm-Prozessor für über ein Jahr. Es war eine schreckliche Verlegenheit für Intel, dass nur noch verschärft, wie andere chip-Hersteller haben laufen Sie ein paar Runden um den etablierten chip-Riesen. In diesem Jahr, Apple verkauft ein paar Millionen Handys und iPads mit einem 7-Prozessor im inneren, während AMD ausgeliefert 12nm-Prozessoren und versprach 7nm diejenigen, die in 2019. AMD auch öffentlich beschämt Intel die Computex in Taipei in diesem Jahr: Intel versprach eine 28-core-CPU, bis Ende des Jahres (es hat immer noch nicht geliefert), und Tage später AMD angekündigt, ein 32-core-CPU, die wurde Versand seit August und kostet die Hälfte der Intel-CPU ‘ s prognostizierten Preis. Intels jüngsten Versprechen eine lange verzögerte Verschiebung um 10 Nm im Jahr 2019 sieht irgendwie erbärmlich im Vergleich.

Das ist, warum Sie sollten nicht die Ansicht seiner Umarmung chiplet CPU-design als ein Zufall. Zum Teil, wie es scheint, Intel spricht von bis cool-Innovationen, um abzulenken von einem erheblichen Ausfall zu erneuern, oder sogar mit dem Wettbewerb Schritt halten.

Aber so viel wie die chiplet Dinge ablenken von Intels 10nm problem, es ist auch wirklich verdammt cool. Intel ‘ s erste Versuch, chiplet-design war der relativ ruhigen Einführung der G-Serie CPU in diesem Frühjahr. Dass die CPU tatsächlich gebaut wurde in Zusammenarbeit mit AMD, die die GPU, Intel CPU würde die Kommunikation mit. Anstatt sich auf so etwas wie den AMD Infinity Stoff, Intel entwickelt, die so genannte Embedded Multi-Chip-Interconnect Bridge, oder EMIB, dass können die CPU -, GPU -, und 4-GB-High-Bandwidth-Memory-Kommunikation bei Geschwindigkeiten von annähernd denen von einer Reihe von Komponenten, die alle auf dem gleichen Chip. Es ist sehr schnell, für das, was es ist, und wir waren entsprechend beeindruckt, als wir getestet es aus im März. Es schlägt eine kühle Zukunft, in der unsere integrierte GPUs schließlich werden als schnell wie der diskrete wie Nvidia GTX und RTX-Serie.

Aber EMIB war auch wie eine Prüfung der Gewässer für ein Produkt von Intel angekündigt, früher in diesem Monat und erwartet, dass Schiff im nächsten Jahr: ein 10 Nm-CPU mit einem chiplet-design, beinhaltet 3D-stacking. 3D-stacking, wie die EMIB, und wie Unendlich Stoff, ist ein Werkzeug der chiplet-design. Aber dort, wo der Infinity-Stoff und EMIB sind nur besonders schnell Möglichkeiten der Herstellung traditionellen CPU-Teile miteinander zu reden, schneller, 3D-stacking-fügt eine weitere dimension.

In der Regel chips liegen auf einer horizontalen Ebene, so dass jeder Teil des Chips können in Kontakt mit dem Kühlkörper und halten Sie schön und kühl. 3D-stacking, wenn die Thermik und können ordnungsgemäß verarbeitet werden, können Sie bauen eine CPU statt. So in der Art wie ein Hochhaus im Vergleich zu einer ranch-Stil zu Hause.

Intel freut sich über 3D stacking—was Sie auf eine weitere entscheidende Umgehung von Moore ‘ s Gesetz als Infinity Stoff oder EMIB. Laut Intel ist Ramune Nagisetty, director of Process & Product Integration, es ist eine “evolution” von Moore ‘ s Law. Etwas, das Sie klären in einem Gespräch, das wir hatten vor ein paar Wochen:

“Und Sie wissen, wenn Sie sich die Zeit nehmen, zu Graben, bis das ursprüngliche Papier, das Gordon Moore schrieb. Es ist wirklich interessant, weil es einen Absatz gibt, in das Papier, wo er tatsächlich ein Vorgeschmack auf das verwenden von package-integration. Er war nicht in der gleichen Sprache, die wir heute benutzen, aber er sagte, es wäre kostengünstiger zu bauen, die große Systeme von kleineren Funktionen, die sind einzeln verpackt und miteinander verbunden.”

Ich bin mir nicht sicher, ob ich genau Zustimmen Nagisetty, dass es eine evolution, aber Sie und Jerger beide bestätigen, dass es eine gewisse Flexibilität in der Sprache des ursprünglichen Papier von Moore, und dass diese Paket-Integrationen (andernfalls bekannt als chiplet-designs) erlauben neue Formen der CPU-design über das hinaus, was Moore vorgestellt in 1965.

In diesem Jahr haben wir nicht genau gesehen das der Tod das Moore ‘ sche Gesetz, aber Intel und AMD wissen, der schnell näher, und anstatt sich zu denken, ein wenig anders. Anstatt einen einzigen chip, der wird unglaublich schnell und für die meisten Menschen arbeiten, diese Unternehmen sind jetzt umarmen ein design, das Ihnen erlaubt, erstellen Sie eine sehr viel kleinere und mehr custom-chips.

Für Jerger,, die Flexibilität ist spannend. “Früher war es alles über die Art von high-volume—’ich habe das Ding zu bauen, dass die meisten Menschen wollen, weil das die einzige Art, wie ich werde, um Geld zu verdienen.’ Jetzt können Sie möglicherweise eine viel mehr verschiedene, die ich denke, können Wissenschaftler und Start-UPS die Möglichkeit zu einer coolen hardware-design,”, sagte Sie.

Vorstellen CPUs, die speziell für Ihren computer sehr genau auf die Bedürfnisse. Das ist das Potenzial der Zukunft wir sind auf dem Weg in Richtung. Und alles begann mit dem brechen des monolithischen chip in chiplets.

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