Multikristall: Von der Geschichte zur Spekulation über die Zukunft



MCM: Multi-Chip-Layout


Mikroelektronik ist bekannt für eine Vielzahl origineller, fremder und effektiver technischer Lösungen. Eines davon ist ein Multi-Chip-Layout, das fast überall zu finden ist - von Hochleistungs-Workstations bis zu ultraportierbaren Laptops, von Single-Board-Computern für 10 US-Dollar bis zu IBM-Mainframes.

In diesem Beitrag wird die Verwendung in Verbindung mit Universalprozessoren beschrieben. Ich

warne Sie im Voraus: Ich behaupte nicht, absolutes Wissen und akademischen Charakter der Präsentation zu haben, ich erzähle meistens, was mir begegnet, gearbeitet und in meinen Händen gehalten wurde.
Verkehrswarnung! Unter dem Schnitt viele Bilder!

Was ist das?


MCM (Multi-Chip-Modul, Multi-Chip-Modul) oder MCP (Multi-Chip-Paket, Multi-Chip-Layout) - eine Engineering-Lösung, um die Funktionalität des Chips in mehrere Chips zu bündeln, die in einem Gehäuse zusammengefasst sind. Es unterscheidet sich von Modulen dadurch, dass die Mikroschaltkreise in der Regel „blank“ sind, ohne Verbindung und direkt mit Kristallen auf die Platine gelötet werden. Es wird verwendet, um die Ausbeute an geeigneten Chips zu erhöhen (die Größe eines einzelnen Kristalls zu reduzieren), eine kompakte Verbindung von Kristallen, die nach verschiedenen technischen Verfahren und Technologien hergestellt werden.

Nun, lass uns anfangen?


1995: Wenn der Cache nicht in ein Gate passt

(aka Pentium Pro)


Cache - knifflige Sache, dimensioniert und schnell. Hier treten einige Probleme auf: Mit zunehmender Arbeitsgeschwindigkeit wird der Durchsatz des Reifens zu einem Engpass und es beginnt sich zu erwärmen. Wir müssen das irgendwie regeln. Der logischste Weg ist, L2 an den Prozessor zu übertragen, wo L1 schon lange gestanden hat. Aber es gibt ein Problem und nicht ein Problem: Mit zunehmender Größe des Kristalls steigt der Prozentsatz an Chip-Ausschuss und ist nahezu exponentiell. Was zu tun ist? Machen Sie den Cache natürlich zu einem separaten Chip, aber näher zum Hauptchip. Daher können wir diesen Stein bewundern:



Die Lösung ist gut, hat aber die Konstruktion erheblich erschwert.

1997: Und jetzt zu einer Zugabe, wenn auch nicht gleich

(aka Pentium II)


Ein großer Keramikkörper ist natürlich gut, aber teuer. Versuchen Sie es noch einmal? Und warum nicht? Die Aufgabe besteht darin, es billiger zu machen, und das ist alles. Die Rückübertragung des Caches auf die Platine ist keine Option - es wäre ein Rückschritt. Und die Breite des Bus-Cache ist ebenfalls gewachsen ... Kann er alles mit Kühlung in einem Modul kombinieren? Der Pentium II wurde geboren:



Sie können dies natürlich nicht als MCM betrachten, aber da ich mich daran erinnere, wird es hier sein.

(Übrigens, ohne diesen ständigen und unsterblichen alten Mann hätte Ihr bescheidener Diener diesen Artikel nicht geschrieben - den PII-400, der seit einem Jahr für mich als Gateway und WLAN-Router tätig ist und viele seiner Nachkommen überlebt hat.)

2005: D bedeutet Double Bottom

(aka Pentium D)


Als der Plan „Ein Kern, aber DENKEN!“ An den Nähten spürbar begann und die Konkurrenten kurz vor der Veröffentlichung von Dual-Core-Prozessoren auf einem einzigen Chip standen, mussten sie schnell etwas tun. So erschien dieser Atavismus, durch den sie ein Loch in den Markt steckten, während die Hauptkräfte auf die vielversprechendere Core-Architektur geworfen wurden. Wahrscheinlich war der Hauptgrund für die Verwendung einer solchen Lösung genau die Verringerung der Entwicklungszeit - die Größe der Kristalle war nicht so groß, dass ihre Verdoppelung Probleme bereitete. Nun, so ist es passiert:



Es gab ähnliche Xeon-Prozessoren für das Serversegment, aber ich kann dazu wenig sagen.

2007: Warum nicht?

(aka Core 2 Quad)


Warum haben wir 2006 zwei-Kern-Kristalle gemeistert? Wir verwenden die bewährte Lösung - kleben Sie zwei Kristalle in einem Fall und es gibt keine Probleme! Es gibt nichts zu reden, das Bild hat sich nicht sehr verändert: Der



Xeon dieser Ära war auch so, abgesehen vom Sechskernmodell - es gibt einen großen Kristall.

2010: Vor der Ankunft des Sandes

(aka erstes Core i3 / 5/7)


Bei Dual-Core-Core-i-Prozessoren der ersten Generation entschieden sie sich für einen 32-nm-Prozess, wobei sie eine ziemlich amüsante Sache machten: Sie bauten einen integrierten Videokern und einen Speichercontroller in einem bewährten 45-nm-Prozess auf, und ein Paar von Kernen mit Cache wurde auf einem separaten 32-nm-Chip platziert. Während ihre älteren Quadcore-Cousins ​​den 45-nm-Prozess verwendeten! Die Größe der Kristalle ist auch lustig:



(Allerdings ist der Videokern für Dual-Core-Prozessoren jetzt oft größer als beide Kerne zusammen).

2011: Ein Bulldozer ist gut, aber zwei sind besser

(aka Opteron 6000)


Der Kristall ist bereits so groß, die Technologie der Veröffentlichung ist angepasst, was sind die Probleme? NUMA? Aber wir machen diese Prozessoren bereits für Server und Multi-Socket. Wenn es keine Probleme gibt, sammeln wir zwei Kristalle unter einer Abdeckung:



(Aha, und dann haben die Leute Spaß - es gibt einen Prozessor und NUMA-Knoten - zwei)

2013: Toffee, aber ungenießbar

(auch bekannt als eDRAM L4 GPU / CPU Cache)


Prozessoren, die mit integrierter Grafik Iris Pro / Iris Plus (und in der Generation von Skylake - und mit der üblichen Iris) ausgestattet sind, sind seit der Generation von Haswell mit 64 / 128MB Speicherchip im gleichen Gehäuse untergebracht, arbeiten als L4-Cache und steigern die Leistung integrierter Grafik. Und der Chip ist nicht klein (obwohl der Speicher immer viel Platz beansprucht):



2017: Jahr, in dem Intel Brix brach

(aka Ryzen Threadripper & EPYC)


AMD-Ingenieure spielten mit Infinity Fabric, spielten ... Und dann - oops! Vier Kristalle unter einem Deckel sind jeweils mit IF (bei Server EPYC) oder einem Paar zwischen einander (einem Threadripper mit zwei aktiven Kristallen) verbunden. Alles ist gut, nur ein Problem ist NUMA (bis zu 4 Knoten pro Prozessor!), Aber das Problem ist nur für ungeeignete Software. So kam es sehr gut heraus:



2018: Verdoppeln Sie den Betrag - verdoppeln Sie den Spaß

(aka Zen 2 & Cascade Lake AP)


So kamen wir zu aktuellen Ereignissen. Am 5. November kündigte Intel schnell die 48-Core-Dual-Chip-Prozessoren an (selbst die Fotos hatten keine Zeit, Fotos zu machen), und am 6. November zeigte AMD auf der Next Horizon-Veranstaltung neue EPYCs. Tausend Worte werden das Bild ersetzen:



Neun Kristalle. Neun, verdammt noch mal! Die Gründe für diese Entscheidung sind mir klar und sie sind sehr einfach: Um die Ausbeute von ganzen Chips zu erhöhen, die Gesamtkosten des Prozessors zu senken und die Entwicklung zu beschleunigen. 7 nm ist immer noch ein roher Prozess. Intel, mit seinen 10 nm (+ - gleich 7 nm Prozess TSMC) bereits von diesem Orebla. So sehr, dass wir 10-nm-Prozessoren nur als ein einziges Modell des i3-Stub-Notebooks sahen.

Der zentrale Quarzkristall basiert auf einem bewährten 14-nm-Prozess und arbeitet als Speichercontroller und alle E / A-Module mit Ausnahme von PCIe 4.0, wobei 16 Leitungen von jedem der Satellitenkristalle mit jeweils acht Kernen bereitgestellt werden.

Ein gemeinsamer Speichercontroller bietet die Hauptsache - Uniform Memory Access (UMA). Und er wird niemals vorbei sein.

Zeitspekulation


Der Zentralkristall ist mit Hilfe von Infinity Fabric mit den Satelliten verbunden, wodurch sich eine Vielzahl von Möglichkeiten ergibt, die Komponenten gemeinsam und getrennt zu verwenden. Benötigen Sie einen Desktop-Prozessor mit 16 Kernen? Wir haben den Kristall mit einem zweikanaligen Speichercontroller gesehen und ihn mit zwei Kernkomplexen unter einem Deckel verbunden. Benötigen Sie einen Prozessor mit integrierter Grafik? Wir werfen einen Atomkomplex aus, stattdessen den GPU-Chip. Die Kosten für die Erweiterung der Nomenklatur der Prozessoren werden um eine Größenordnung sinken. Eine Verringerung der Größe einzelner Kristalle verringert den Prozentsatz der Ehe, was sich wiederum positiv auf die Kosten auswirkt.

MOAR Aussenseiter Porno


Was ich nicht geschrieben habe, aber es ist erwähnenswert:

Via Nano QuadCore völlig vergessen. Er hatte nichts mit ihr zu tun, es gab nichts zu erzählen.


IBM CPU 9121/311


IBM Power 5


Und mehr als der neue Power 7


GD32-Mikrocontroller auf dem Flash-Speicherchip. Foto von einem Freund BarsMonster

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