Věda | Procesory | Superpočítače

Procesor o velikosti celého waferu aneb 40 grafických čipů v jednom balení

  • Vědci zkoumali možnosti vytvoření jednoho obřího procesoru
  • Jeho struktura by byla rozprostřená po celém waferu
  • Řešení je řádově efektivnější po stránce výkonu, spotřeby, velikosti i ceny

Vědci z univerzity v Illinois a Kalifornie představili novou formu procesoru, který by byl obrovský - jeho plocha by zabrala celý wafer. Díky této konstrukci se odstraní problémy s paralelizací více čipů, kde dochází k významnému omezení rychlosti kvůli malé propustnosti na kratší i větší vzdálenosti. Jde o problém především u datacenter a superpočítačů, kde je potřeba dosáhnout co největší efektivity při zapojení velkého množství čipů.

Myšlenka čipu, který by byl rozprostřen po celém waferu, není úplně nová, objevila se už v 80. letech minulého století. V té době se objevily i první pokusy, ale kvůli mnoha problémům to znamenalo neúspěch, protože technologie ještě nebyly na takové úrovni jako dnes a poptávka po takovém řešení ani neexistovala.

„Waferový“ procesor

Běžné procesory - a je jedno jestli jde o klasické procesory, grafické čipy nebo jiné formy, se vyrábí ve spoustě kopií na jednom křemíkovém waferu. Všechny jsou přesně vedle sebe ve waferu s průměrem obvykle 30 cm, následně jsou rozřezané a zabalené do jednotlivých balení obsahující konektory a spoje, pomocí kterých jsou tyto čipy následně spojené s deskou (PCB). U velkých desktopových procesorů máme navíc možnost procesory jednoduše umístit na desky pomocí socketů.

„Waferový“ procesor je na tom ale zcela jinak - celý procesor se nachází na jednom wafer. Ten je sice stále složen ze samostatných čipů, ale ty jsou hned při výrobě předpřipravené, vložené na wafer a spojené levným a rychlým datovým spojením (SiIF - silicon interconnect fabric), aby čipy fungovaly ve společném výpočtu. Výsledkem je tedy jeden obří procesor.

41 grafických čipů v jednom

Jedním z problémů paralelizace a využití velkého množství výpočetních čipů je komunikace a přenos dat mezi nimi. U dnešních procesorů už je režie mezi čipy vysoká, což znamená velkou ztrátu výkonu. Zároveň je ale nutné počítat se zbytečnou plochou pro komunikační systémy (+25 %) i s dodatečnou spotřebou a teplem, což je dalších 30 %

V minulosti trápil výrobu především problém s efektivitou výrobu, respektive kolik vyrobených čipů na waferu bylo skutečně použitelných a které se musely vyhodit. Tento problém nezmizel a potýká se s ním každý vývoj výroby pokročilejší metodou, každopádně se stářím výrobní linky přichází vyšší a vyšší efektivita a tím pádem se zcela minimalizuje chybovost čipů na waferu.

S využitím předpřiravených procesorů se lze těmto problémům zcela vyhnout a díky tomu realizovat koncept v podobě obřího grafického procesoru, který vlastně bude tvořen třeba zmíněnými 41 grafickými čipy, které budou paralelně zapojené. Jen si představte tu úsporu místa, když místo 41 velkých grafických karet bude ještě vyšší výkon k dispozici na ploše 30 cm a to s nižší spotřebou a menšími problémy s chlazením. Samozřejmě to vyžaduje zcela novou konstrukci pro napájení a chlazení, ale minimalistické a centrální řešení poskytuje velké výhody v jednoduchosti.

Současný prototyp návrhu ani nevyžaduje, aby takový procesor měl balení, což znamená zase o něco nižší cenu a efektivnější chlazení i spotřebu..

Simulace ukazují neuvěřitelný skok v efektivitě

Vědci zatím řešení vymysleli jen na počítači, kde také mohli vše řádně simulovat - jak z pohledu výkonu, tak i spotřeby takového čipu. Dle jejich výsledků jsou rozdíly neuvěřitelné. Takový obří procesor by poskytl 19× vyšší výkon než stávající konstrukce více čipů a snížil spotřebu a komunikační overhead až 140×.

Tak velký skok v parametrech je důležitý nejen pro servery a datacentra, kde je nutné řešit big data, ale hlavně pro superpočítače, které jsou paralelizací velmi limitované. Technologie waferového procesoru je přesně to, co nám umožní velmi jednoduše dostat výpočetní výkon superpočítačů do éry EXAFLOPS.

Jen další forma integrace

Vědci upozorňují, že zatímco za poslední dvě desetiletí se křemíkové čipy tisíckrát zmenšily, samotné balení se zmenšilo pouze 4×. Tato forma integrace by tak jen pokračovala a nastavila zase správný směr k tomu, aby byl jeden čip co nejefektivnější a nejvýkonnější, jak dovolují výrobní technologie a byl dodržen Moorův zákon.

Postupná integrace probíhá neustále - v jednom křemíkovém čipu máme už koprocesory všeho druhu, které byly dříve samostatně na základní desce, grafické čipy, spousty jader a dalších prvků a specializovaných akcelerátorů. Waferový procesor by vše posunul na novou úroveň pro nejnáročnější použití a obsahoval tak spoustu procesorů v jednom. Při této velikosti je to ideální řešení právě pro superpočítače a datacentra.

Vědci u reálného prototypu samotného propojovacího systému dosahovali 100% efektivity výroby bez poškození, takže s využitím předpřipravených procesorů nic nebrání tomu, aby se takové řešení brzy stalo realitou.

Originální materiál k výzkumu naleznete zde (PDF)

Diskuze (15) Další článek: Hybridní supersport Koenigsegg bude „CO2 neutrální“

Témata článku: Věda, Výzkum, Procesory, Čipy, Superpočítače, PDF, Datacentra, Mooreův zákon, Čip, Balení, Spotřeba, Moore, PCB, Illinois, Řešení, Efektivita, Grafický čip, Kalifornie, Procesor, Vědec, Velikost


Určitě si přečtěte

Jak na internetu surfovat anonymně: Osvědčené způsoby na zametení stop

Jak na internetu surfovat anonymně: Osvědčené způsoby na zametení stop

** Anonymní režim v prohlížeči vám anonymitu nezaručí ** K dispozici je několik možností, jak skrýt svoji adresu i další identifikátory ** Nejúčinnější je stále Tor

Stanislav Janů, Vladislav Kluska | 67

Osudová havárie Concordu: Před 18 lety přišel konec nadzvukových dopravních letadel

Osudová havárie Concordu: Před 18 lety přišel konec nadzvukových dopravních letadel

** Concorde byl nejrychlejším dopravním letadlem ** Atlantik dokázal přeletět za cca 3 až 3,5 hodiny ** Před osmnácti lety tragická havárie provoz těchto letadel prakticky ukončila

David Polesný, Jiří Černý | 39

The Pirate Bay má vážné problémy. Možná se opravdu blíží její konec

The Pirate Bay má vážné problémy. Možná se opravdu blíží její konec

** Kdysi nezničitelný pirátský web se potýká s problémy ** Z mnoha míst je už měsíce nedostupný ** Další krize dorazila v neděli

Jakub Čížek | 66

Vědci vytvořili jazykovou neuronovou síť, která se přibližuje člověku. Je tak dobrá, že se ji bojí zveřejnit

Vědci vytvořili jazykovou neuronovou síť, která se přibližuje člověku. Je tak dobrá, že se ji bojí zveřejnit

** Naučilo se to číst ** Naučilo se to rozebírat text ** A nakonec se to i naučilo psát fiktivní články na libovolné téma

Jakub Čížek | 38