Hvordan Chip-Producenter Er at Omgå Moore ‘s Lov til at Bygge Super-Hurtige Cpu’ er af i Morgen

Foto: Alex Cranz (Gizmodo)

År I ReviewWe se tilbage på det bedste, værste og mest betydningsfulde øjeblikke af året, og ser frem til næste år.

Elefanten i rummet, har været i meget lang tid, Moore ‘ s Lov—eller virkelig, dens eventuelle slutspillet. Intel-medstifter Gordon Moore forudsagde i 1965 papir, at antallet af transistorer på en chip ville blive fordoblet hvert år. Flere transistorer betyder større hastighed, og at der løbende stigning har næret årtier af computer fremskridt. Det er den traditionelle måde CPU beslutningstagere gøre deres Cpu ‘ er hurtigere. Men disse fremskridt i transistorer, viser tegn på afmatning. “Det er at løbe tør for damp,” sagde Natalie Jerger, professor of electrical and computer engineering ved University of Toronto.

Jerger er ikke den eneste, der siger det. I 2016, MIT ‘ s Technology Review erklærede, “Moore’ s Lov er død,” og i januar i år, det Register, der er udstedt en “death notice” til Moore ‘ s Lov. Og hvis du har købt en bærbar computer i de sidste par år, har du sikkert bemærket, at det også. Cpu ‘ er, der ikke synes at være at få så meget hurtigere år for år. Intel, der gør Cpu ‘ er, der findes i de fleste af vores laptops, desktops og servere, har sjældent været i stand til at prale af mere end 15 procent forbedring i ydelse, da 2014, og AMD, selv med nogle temmelig radikale nye tilgange til design, er typisk kun holde trit med Intel i head-to-head kampe.

I den typiske “monolitisk” stil af design, der er indarbejdet ved Intel og (indtil for nylig) AMD CPU ‘ er er sammensat af halvleder-materiale—næsten altid silicium. Dette kaldes dø. På toppen af den dør er en serie af transistorer, der kommunikerer med hinanden hurtigt, fordi de er alle på den samme dør. Flere transistorer betyder hurtigere behandling, og ideelt, når du formindsker størrelsen af den dør, transistorer er pakket tættere sammen og kan kommunikere endnu mere hurtigt med hinanden, hvilket fører til hurtigere processer og bedre energi-effektivitet. I 1974 blev den første mikroprocessor, Intel 8080, blev bygget på en 6-mikrometer dø. Næste års AMD-processorer forventes at være bygget på en 7-nanometer dø. Der er tæt til 1.000 gange mindre, og en hel del hurtigere.

Men AMD har opnået sin største hastighed gevinster for nylig med sin latterlige-klingende Threadripper Cpu ‘ er. Disse Cpu ‘ er med en kerne tæller, der starter så lavt som 8 og går hele vejen op til 32. En kerne er lidt ligesom motoren i CPU ‘ en. I moderne design, flere kerner kan fungere i parallel, giver visse processer, der drager nytte af flere kerner til at gå endnu hurtigere. Der 32 kerner kan tage noget som levering af en 3D-fil i Blender fra 10 minutter ned til kun et minut og et halvt, som det ses i denne benchmark køre af PCWorld.

Også, bare at sige, at du har en 32-core processor lyder cool! Og AMD opnået det ved at omfavne chiplet design. Alle moderne Cpu ‘ er bruger noget, der hedder Infinity-Stof. Når man taler til Gizmodo tidligere dette år, dette er, hvad Jim Anderson, tidligere general manager af AMD ‘ s design og grafik-virksomhed, gruppe, kaldet den “hemmelige sauce” af AMD ‘ s nyeste mikroarkitektur, Zen. CTO Mark Papermaster, i mellemtiden, døbt det “en skjult perle.”

Infinity Stof er et nyt system bus struktur, som er baseret på open source-Hyper Transport. Et system bus gør, hvad du tror, det ville—bus-data fra et punkt til et andet. Infinity Stof pæn realisering er, at det støjer, at data rundt, rigtig hurtigt, og giver processorer bygget med det at overvinde en af de primære forhindringer for chiplet CPU design: ventetid.

Chiplet design er ikke ny, men har det ofte været vanskeligt at opnå, fordi det er svært at gøre en hel masse af transistoren på separat dør taler til hinanden så hurtigt, som de kan på et enkelt stykke silicium. Men med AMD ‘s Threadrippers, du har en række af sine typiske Ryzen Cpu’ er lagt ud på Infinity-Stof og kommunikerer næsten lige så hurtigt som hvis de var på en enkelt dør.

Det fungerer rigtig godt, og resultaterne er en super-hurtig processor, der er så billige at lave, at AMD kan sælge det til en brøkdel af prisen af noget tilsvarende fra Intel—som fortsætter med at bruge monolitisk design i sin høje-core-Cpu ‘ er tæller. På en måde, Infinity Stof er en måde at snyde Moore ‘ s Lov, fordi det ikke er en enkelt hurtig CPU—det er en hel masse, der er knyttet via Infinity-Stof. Så det er ikke AMD overvinde de begrænsninger af Moore ‘ s Lov, men at omgå det.

“Hvis du træder et skridt tilbage og sige, ‘Godt, at Moore’ s Lov er egentlig bare om større integration af funktionalitet, ” jeg tror, at chiplets—det er ikke på nogen måde hjælpe med at integrere mere mindre transistorer, men det hjælper os med at opbygge systemer, der har en højere funktionalitet og større kapacitet end den generation før,” Jerger sagde.

Hun bemærkede, at i nogle tilfælde, denne samtale omkring chiplet design er en deformation af et selskab, der er mere fiaskoer. Hun henviser til Intel, som har for de sidste par år, især kæmpet med de begrænsninger, transistorer, der ikke kan skrumpe for evigt. Det har været fast på en 14nm processor og lovende, men undlader at levere, en 10nm processor i over et år. Det har været en frygtelig forlegenhed for Intel, som kun er blevet forstærket som andre chip-producenter har kørt omgange omkring den etablerede chip-giganten. Dette år, har Apple solgt et par millioner telefoner og iPads med 7nm processor indeni, mens AMD afsendt 12nm processorer og lovede 7nm dem i 2019. AMD også offentligt flov Intel på Computex i Taipei i år: Intel lovede en 28-core CPU ved udgangen af året (det har stadig ikke afsendt), og få dage senere AMD annonceret en 32-core CPU, der har været forsendelse siden August og koster halvdelen af Intel CPU ‘ s forventede pris. Intel ‘ s seneste løfte om en forsinket skift til 10nm i 2019 ser lidt patetisk i sammenligning.

Hvilket er grunden til, bør du ikke se sin omfavnelse af chiplet CPU design som en tilfældighed. I del, dette virker som Intel er talt op cool innovationer til at distrahere fra en betydelig manglende innovation, eller endda holde op med konkurrencen.

Men så meget som de chiplet ting er om distraherende fra Intel ‘ s 10nm problem, det er faktisk også pretty damn cool. Intel ‘ s første forsøg på chiplet design var relativt stille lancering af sin G-Serien CPU denne sidste forår. At CPU ‘en var faktisk bygget i samarbejde med AMD, som har givet den GPU, at Intel’ s CPU ville kommunikere med. I stedet for at stole på noget som AMD ‘ s Infinity-Stof, Intel udviklet noget, der hedder den Indbyggede Multi-die Sammenkoble Bro, eller EMIB, der gør det muligt for CPU, GPU, og 4 gb Høj Båndbredde Hukommelse kommunikere med hastigheder, der nærmer sig dem, af en række komponenter, der alle på den samme dør. Det er hurtigt for, hvad det er, og vi var behørigt imponeret, da vi testede det ud tilbage i Marts. Det tyder på en cool fremtid, hvor vores integrerede Gpu ‘ er endelig blevet så hurtig som de diskrete dem, som Nvidia GTX og RTX-serien.

Men EMIB var også som en afprøvning af vandet for et produkt, Intel annoncerede tidligere i denne måned, og forventer, at skibet næste år: en 10nm CPU, der med en chiplet design, der indeholder 3D-stabling. 3D-stabling, som EMIB, og som Infinity-Stof, er et redskab til at chiplet design. Men hvor Uendelig Stof og EMIB er bare specielt hurtigt måder at gøre traditionelle CPU dele taler til hinanden hurtigere, 3D stabling tilføjer en anden dimension.

Typisk chips er placeret på et vandret plan, så hver del af chip kan komme i kontakt med den heatsink og holde nice og cool. 3D-stabling, hvis termik kan håndteres korrekt, giver dig mulighed for at opbygge en CPU op i stedet for ud. Lidt ligesom en høj stige i forhold til en ranch stil hjem.

Intel er virkelig spændt på, om 3D-stabling—som det ser som en mere afgørende omgåelse af Moore ‘ s Lov end Infinity Stof eller EMIB. Ifølge Intel er Ramune Nagisetty, direktør for Proces Og Produkt Integration, er det en “evolution” af Moore ‘ s Lov. Noget, hun præciseret i en samtale, vi havde for et par uger siden:

“Og du ved, hvis du tager dig tid til at grave op, at oprindelige papir, som Gordon Moore skrev. Det er virkelig interessant, fordi der er et afsnit i det pågældende papir, hvor han rent faktisk kan anes denne brug af pakken integration. Han havde ikke brug for de samme sprog, som vi bruger i dag, men han sagde, at det ville vise sig at være mere økonomisk at bygge store systemer af mindre funktioner, der er separat pakket og indbyrdes forbundet.”

Jeg er ikke sikker på, om jeg ligefrem enig med Nagisetty, at det er en evolution, men hun og Jerger begge erkende, at der er en vis fleksibilitet i sproget i det oprindelige papir ved at Moore, og at disse package integrationer (ellers kendt som chiplet design) gør det muligt for nye former for CPU design ud over, hvad Moore, der er forudset i 1965.

Dette år, har vi ikke netop set, død Moore ‘ s Lov, men Intel og AMD ved sin hastige skridt, og valgte i stedet at tænke lidt anderledes. Snarere end at gøre en enkelt chip, der vil være utrolig hurtig og arbejde for de fleste mennesker, disse virksomheder er nu at omfavne et design, der giver dem mulighed for at skabe en masse mindre og mere brugerdefinerede chips.

For Jerger, at fleksibilitet er spændende. “Før var det hele handler om form af høj-volumen—” jeg er nødt til at bygge ting, at de fleste mennesker ønsker, fordi det er den eneste måde jeg har tænkt mig at gøre nogen penge.’ Nu kan du potentielt blive meget mere forskelligartet, hvilket jeg synes giver mulighed for akademikere og nystartede mulighed for at gøre nogle cool hardware design,” sagde hun.

Forestil dig, Cpu ‘er, som er bygget specifikt til din computer’ s meget præcise behov. Det er den potentielle fremtidige vi marcherede mod. Og det hele startede med at bryde den monolitiske chip i chiplets.

Dele Denne Historie