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, Moorův zákon, Datacentra, PDF, Čip, Řešení, Moore, Spotřeba, PCB, Balení, Illinois, Kalifornie, Procesor, Vědec, Grafický čip, Velikost, Efektivita


Určitě si přečtěte

9 tipů, jak vyšlechtit nabídku Start ve Windows 10, aby lépe sloužila

9 tipů, jak vyšlechtit nabídku Start ve Windows 10, aby lépe sloužila

** Nabídka Start už existuje bezmála čtvrt století ** Ve Windows 10 postupně dostala celou řadu funkcí ** Start si můžete ve velkém rozsahu přizpůsobit

Karel Kilián | 46

Už desítky let se pokoušíme odposlouchávat mozek. Rusům se podařil kousek, ze kterého vám spadne brada

Už desítky let se pokoušíme odposlouchávat mozek. Rusům se podařil kousek, ze kterého vám spadne brada

** K odposlechu mozků používáme EEG ** To má ale žalostné informační rozlišení ** Rusům pomohla počítačová neuronová síť

Jakub Čížek | 28

Biblická potopa Česka: Jak bychom dopadli, kdyby nás zatopil oceán

Biblická potopa Česka: Jak bychom dopadli, kdyby nás zatopil oceán

** Představte si biblickou potopu ** Nejprve zaniknou Děčín a Břeclav, pak i Brno a Praha ** Hlavním městem se stane Jihlava a zbytky Čechů přežijí na Kvildě

Jakub Čížek | 92

Šmírování kamerami Googlu: Koukněte, co šíleného se objevilo na Street View

Šmírování kamerami Googlu: Koukněte, co šíleného se objevilo na Street View

Google stále fotí celý svět do své služby Street View. A novodobou zábavou je hledat v mapách Googlu vtipné záběry. Podívejte se na výběr nejlepších!

redakce | 6

HTTPS byl pouze první krok. Chrome zavádí DoH, tedy šifrované DNS. Dopady mohou být obrovské

HTTPS byl pouze první krok. Chrome zavádí DoH, tedy šifrované DNS. Dopady mohou být obrovské

** Šifrovaný web je dnes už samozřejmost ** Jeden díl skládačky ale ještě chybí – DNS ** Firefox už začal a teď se na šifrované DNS chystá i Chrome

Jakub Čížek | 95