Thời đại vi chip sắp kết thúc, hãy chuẩn bị chào đón kỷ nguyên của siêu chip

Để những thiết bị liên tục phá vỡ những số lượng giới hạn về hiệu năng, những kỹ sư bán dẫn tìm ra một chiêu thức đơn thuần : làm những con chip ngày càng to ra .Trong khi những đơn vị sản xuất chip như TSMC hay Samsung đang chạy đua tạo ra những tiến trình chip ngày càng nhỏ hơn, cả ngành công nghiệp chip đang chạy theo một kế hoạch mới để ngày càng tăng sức mạnh cho những bộ giải quyết và xử lý này : làm chúng ngày càng to ra. Giống như những khu đô thị ngày một lan rộng ra ra, giờ đây nhiều con chip bên trong những thiết bị mạnh nhất của tất cả chúng ta lại đang sở hữu nhiều khoảng trống đến mức không hề gọi chúng là ” vi chip ” được nữa .
Để lan rộng ra năng lực giải quyết và xử lý, những kỹ sư bán dẫn đang tìm cách chồng chất những vi mạch này lên nhau. Nghĩa là thay vì chỉ chồng những bóng bán dẫn lên nhau thành những tòa nhà ở cao ngất ngưởng, cả những tấm silicon phẳng bên trong máy tính – ví dụ chip nhớ, chip quản trị nguồn năng lượng và cả chip đồ họa – cũng được chồng lên thành nhiều lớp khác nhau .

Nguyên nhân đằng sau xu hướng thiết kế chip này rất đơn giản: nhu cầu làm ra các chip ngày càng nhanh hơn và nhiều tính năng hơn vẫn không ngừng lại và khả năng ngành công nghiệp chip đáp ứng được các yêu cầu bằng cách thu nhỏ hơn nữa bóng bán dẫn đã gặp phải nhiều rào cản kỹ thuật.

Bạn đang đọc: Thời đại vi chip sắp kết thúc, hãy chuẩn bị chào đón kỷ nguyên của siêu chip

Do vậy, những kỹ sư bán dẫn đang ngày càng tăng hiệu năng của chúng bằng cách đặt những con chip này gần nhau hơn nữa. Giống như những quốc lộ liên kết những thành phố với nhau, khoảng cách này càng được thu ngắn lại, tài liệu vận động và di chuyển giữa chúng càng nhanh hơn, năng lực giải quyết và xử lý vì thế cũng được cải tổ hơn. Nhờ đó, trong nhiều trường hợp, những khu đô thị silicon được chạm khắc tỉ mỉ này đã lớn đến mức hiếm thấy so với những con chip .
Hiện tại hầu hết những chip thường có size bằng một đồng xu nhỏ, nhưng 1 số ít chip mới đã có size tương tự một tấm thẻ bài, và thậm chí còn, đã có con chip bằng cả chiếc đĩa .
Không chỉ Open trong những siêu máy tính mạnh nhất quốc tế, những con chip này còn Open cả trong những thiết bị điện tử gia dụng. Máy chơi game Xbox mới của Microsoft và máy PS5 của Sony đều đang sử dụng bộ xử lý do AMD phong cách thiết kế. Apple cũng khai thác phong cách thiết kế này cho bộ giải quyết và xử lý M1 Ultra trong máy tính Mac Studio của họ. Cách tiếp cận này cũng được Intel sử dụng cho bộ giải quyết và xử lý Ponte Vecchio dùng trong những siêu máy tính và sever tài liệu của công ty .
Điều này không có nghĩa họ đang vi phạm định luật Moore. Chip hoàn toàn có thể không rẻ hơn theo phát biểu của nhà đồng sáng lập Intel, nhưng hiệu năng và tính năng của nó đang ngày càng tốt hơn. Ngay cả ASML, công ty sản xuất ra những cỗ máy sản xuất chip tiên tiến và phát triển nhất quốc tế, cũng tin rằng, để duy trì nhịp độ của Định luật Moore, thu nhỏ những bóng bán dẫn trong chip là không đủ .
Chip M1 Ultra của Apple, về cơ bản là 2 chip M1 Max ghép lại với nhau để ngày càng tăng hiệu năng .
Chồng những thành phố lên nhau và liên kết bằng thang máy
Cũng giống khi so sánh với khu đô thị, nếu một thành phố không hề thu nhỏ hơn nữa size của những ngôi nhà hay thao tác luân chuyển trở nên hiệu suất cao hơn, thành phố đó không còn cách nào khác ngoài việc lan rộng ra ra bên ngoài. Một ví dụ dễ thấy là Nước Singapore, diện tích quy hoạnh đất của quốc đảo này đã lan rộng ra 25 % trong vòng 50 năm qua .
Làm những chip siêu lớn cũng khó khăn vất vả không kém so với thu nhỏ nó. Thử tưởng tượng đến việc bạn phải sắp xếp từng thành phần của con chip với độ đúng mực ở Lever nanomet và liên kết chúng lại với nhau mà không có mỏ hàn siêu nhỏ nào .
Điều này được thực thi nhờ những nâng cấp cải tiến gần đây trong quy trình có tầm quan trọng chỉ sau quy trình quang khắc chip : đóng gói chip. Mọi người thường không chú ý quan tâm đến quy trình này, nhưng nó lại là quá trình không hề thiếu trong khi sản xuất chip. Tại quy trình này, nhà phân phối sẽ tìm cách liên kết những dây dẫn siêu nhỏ trong những con chip với nhau và bọc vỏ nhựa cho nó trước khi đặt vào bản mạch để liên kết với phần còn lại của thiết bị .
Hệ thống N3XT, ý tưởng sáng tạo về việc đóng gói chip nhớ và chip giải quyết và xử lý theo dạng 3D từng được TSMC trình diễn vào năm 2019
Trong những thiết bị truyền thống cuội nguồn, một chip gửi và nhận sóng vô tuyến ( ví dụ chip Wifi ) hoàn toàn có thể liên kết với một chip khác để cùng triển khai việc làm giám sát và liên kết đó được gọi là ” bus “. Giống như chiếc xe buýt đi trên quốc lộ liên kết những thành phố với nhau, những ” bus ” này khó hoàn toàn có thể luân chuyển nhanh bất kể thứ gì .
Thế nhưng, với giải pháp đóng gói chip mới, những chip độc lập này được liên kết trực tiếp với nhau để trở thành những siêu chip. Thay vì liên kết với nhau trải qua những ” bus “, những con chip này được chồng lên nhau để ở cùng trong một tòa nhà cao tầng liền kề .
Theo Subramanian Iyer, cựu giám đốc Bộ phận Đóng gói của IBM, một vi chip thường thì dành gần 1/3 diện tích quy hoạnh của nó – cũng như nguồn năng lượng tiêu thụ – cho những mạch truyền hiệu quả giám sát của con chip tới phần còn lại của thiết bị. Điều đó đương nhiên không hiệu suất cao cho sức mạnh của nó .
Các con chip xếp chồng lên nhau giúp việc liên lạc giữa chúng nhanh hơn khi được cho phép có nhiều hơn liên kết giữa chúng với nhau – điều này cũng giống như việc chuyển dời bằng thang máy giữa những tầng trong một tòa nhà chọc trời sẽ nhanh hơn đi bộ băng qua đường để đến hàng xóm gần nhất .
Chíp nhớ 232 lớp của Micron
Trên thực tiễn, so với những chip nhớ, điều này đã trở thành tiêu chuẩn từ lâu. Hãng chip nhớ Micron Technology đã trình làng một chip nhớ với 232 lớp. Tuy nhiên, giờ đây, phong cách thiết kế này mới mở màn tiến đến những loại vi chip khác .
Nền tảng cho việc tạo nên những siêu chip và những chip chồng lên nhau này là một loại vi chip mới có tên gọi ” chiplet “. Nó vô hiệu những mạch tiếp xúc kiểu cũ để liên kết trực tiếp hơn với những chiplet khác. Bằng cách tạo ra những liên kết ngắn, trực tiếp – thường được sản xuất từ chính loại silicon tạo nên những con chip thay vì những dây sắt kẽm kim loại khác – những chiplet này hoàn toàn có thể được hợp nhất với nhau để tạo thành những siêu chip và hoạt động giải trí như một bộ giải quyết và xử lý khổng lồ .
Ví dụ nổi bật là bộ giải quyết và xử lý đồ họa Ponte Vecchio mới được Intel ra mắt gần đây. Nó được tạo thành từ 63 chiplet khác nhau. Các chiplet này được xếp chồng và ngay cạnh nhau, có tổng diện tích quy hoạnh 3.100 mm2, gồm có 100 tỷ bóng bán dẫn. Trong khi đó CPU thường thì của máy tính có diện tích quy hoạnh khoảng chừng 150 mm2, bằng 1/20 con chip này, và chỉ có khoảng chừng 1,5 tỷ bóng bán dẫn, bằng 1.5 % so với Ponte Vecchio .

Thiết kế chiplet chồng chất này (stacked chiplet) rõ ràng là tương lai của Intel – hầu hết các bộ xử lý được công bố nhưng chưa xuất xưởng của công ty đều được sản xuất với công nghệ này, vì “mang lại một cách tiếp cận mới về sản xuất chip nhanh hơn và hiệu quả chi phí hơn các phương pháp truyền thống” – Ông Debendra Das Sharma, thành viên cấp cao của Intel cho biết.

Xem thêm: Những tác dụng của quần lót nam iBasic mà không phải chàng nào cũng biết!

Các chiplet chồng chất cũng giúp Intel ngày càng tăng hiệu năng cho những bộ giải quyết và xử lý desktop và sever mà không phải ngày càng tăng diện tích quy hoạnh ( footprint của con chip ) hay điện năng tiêu thụ. Quả thật, những chiplet chồng lên nhau được cho phép những kỹ sư ngày càng tăng số lượng bóng bán dẫn so với những phong cách thiết kế hiện tại bằng cách tối ưu thời hạn và nguồn năng lượng để những thành phần trong con chip tiếp xúc với nhau .
Công nghệ chồng chip 3D Foveros được Intel mang đến trong thế hệ chip Intel Lakefield
Người tiên phong về công nghệ tiên tiến chiplet, AMD cũng đã đưa ra những bộ giải quyết và xử lý với một phần nhỏ chiplet bên trong. Công ty nhận ra rằng, bằng cách chồng chip nhớ lên trên CPU của mình, họ hoàn toàn có thể tăng đáng kể vận tốc giám sát trong bộ giải quyết và xử lý của mình .
Mọi người cùng chung một con tàu
Theo Marc Swinnen, giám đốc tiếp thị của Ansys, trong khi những siêu chip trên nền chiplet mới chỉ chiếm số ít và Open trong những mạng lưới hệ thống đo lường và thống kê lớn, xu thế tạo ra chúng đang tăng cường trong toàn ngành chip. Ansys là công ty kiến thiết xây dựng ứng dụng mô phỏng vật lý, vốn được sử dụng thoáng đãng trong ngành phong cách thiết kế chip .
Công ty cho biết, số dự án Bất Động Sản do người mua Ansys tiến hành có tương quan đến chiplet chồng lên nhau đã tăng gấp 20 lần so với năm 2019 .
Vào tháng Ba vừa mới qua, một liên kết kinh doanh trong ngành chip có tên Universal Chiplet Interconnect Express, hay UCIe, thông tin đang hợp tác cùng cả Intel và AMD để tăng trưởng một tiêu chuẩn mới. Tiêu chuẩn này sẽ giúp bất kể ai tham gia hoàn toàn có thể tạo ra những chiplet liên kết được với loại sản phẩm của những đơn vị sản xuất khác. Ngoài Intel, AMD, liên kết kinh doanh này còn có cả ARM, TSMC, Samsung và những hãng phong cách thiết kế, sản xuất chip khác .
Thiết kế chiplet mã nguồn mở tiêu chuẩn phiên bản 1.0 của UCIe
Tiêu chuẩn này được lập ra với kỳ vọng, trong tương lai, bất công ty nào cũng hoàn toàn có thể mua chiplet từ công ty khác và ghép chúng lại theo cách họ muốn hoặc theo mục tiêu sử dụng của của chúng. Thử tưởng tượng, bạn hoàn toàn có thể chọn lấy những phần tốt nhất của Thành Phố New York, Rio và Tokyo, sau đó ghép chúng lại với nhau thành thành phố trong mơ theo sở trường thích nghi của bạn .
Nhưng chính điều này làm tiến sỹ Kumar của Đại học Illinois không tin yêu vào thành công xuất sắc của tiêu chuẩn này : ” Tiêu chuẩn hóa bất kỳ thứ gì trong ngành này đều là một thử thách quá khó khăn vất vả, chính do sẽ phải có thỏa hiệp và không phải ai cũng có động lực để chơi đẹp với người khác. ”
Động lực chính cho công nghệ tiên tiến này là việc ngày càng nhiều công ty lớn – gồm có Amazon, Google, Tesla, Microsoft và những người khác – khao khát tạo ra những bộ giải quyết và xử lý riêng của họ với sức mạnh ngày càng lớn để quản lý và vận hành mọi thứ : những dịch vụ đám mây, smartphone, máy chơi game và xe tự lái .
Bên cạnh đó, theo tiến sỹ mối chăm sóc đến những siêu chip còn đến từ nhu yếu ngày càng tăng theo cấp số nhân của việc đặt những mạng lưới hệ thống máy học và trí tuệ tự tạo ngay trên phần cứng. Trong khi một số ít công ty phân phối nhu yếu này bằng kiến thiết xây dựng những vi chip khổng lồ theo cách cũ – như chip AI của Cerebras với size bằng hàng loạt tấm wafer. Giờ đây những chiplet hoàn toàn có thể mở ra chiêu thức mới để thiết kế xây dựng những bộ giải quyết và xử lý AI mạnh hơn nhưng nhỏ gọn hơn .
Từ siêu máy tính đến thiết bị đeo
Không chỉ số lượng giới hạn ứng dụng trong những mạng lưới hệ thống ưu tiên hiệu năng cao, sự nhiệt tình dành cho những siêu chip một ngày nào đó sẽ đưa nó vào trong những thiết bị ưu tiên tuổi thọ pin .
Nền tảng chiplet của AMD đã chuẩn bị sẵn sàng liên kết với những chiplet bên thứ ba
Theo tiến sỹ Kumar, giống như những thành phố liên kết với vùng ngoại ô bằng những mạng lưới hệ thống giao thông vận tải nhanh gọn, những chiplet trong tương lai hoàn toàn có thể liên kết với nhau ở những khoảng cách xa hơn và bằng những phương tiện đi lại mới hơn .
Điều này tưởng chừng vô lý khi khoảng cách xa hơn sẽ làm tăng thời hạn liên lạc và giải quyết và xử lý tài liệu. Tuy nhiên, nó mang lại một quyền lợi khi giúp những chip nhỏ hơn hoàn toàn có thể liên kết với những vi mạch linh động hơn, để tạo nên những máy tính linh động hơn. Thậm chí nó hoàn toàn có thể tạo ra những loại thiết bị điện toán trọn vẹn mới .
Các thử nghiệm do nhóm của tiến sỹ Kumar triển khai cho thấy, những chiplet hoàn toàn có thể liên kết với nhau bằng những mạch điện dẻo trong những thiết bị đeo, hoặc những mạng lưới hệ thống hoàn toàn có thể quấn xung quanh mặt phẳng như cánh máy bay. Thậm chí, tiến sỹ Iyer cho biết nhóm của mình còn đang tăng trưởng những khối bán dẫn thiết yếu cho điện thoại cảm ứng dẻo .

Cho dù các thách thức của siêu chip vẫn đang tồn tại, nỗ lực đưa các đột phá trong vi chip ngày nay thành những chiplet nhỏ hơn có thể lắp ghép với nhau vẫn đang được thúc đẩy. Định luật Moore sẽ không thể tiếp tục duy trì mà không có nó.

Xem thêm: Quần Lót Trẻ Em Nên Mua Khi Nào? Dùng Loại Quần Chip Trẻ Em Nào Tốt?

( Theo Trí Thức Trẻ, WSJ )

Có đúng chip càng nhỏ sẽ càng cao cấp?

Trong nhiều năm qua, người ta tin vẫn rằng thông số kỹ thuật nanomet càng nhỏ thì chip càng hạng sang, khó sản xuất và tốn kém hơn. Tuy nhiên, những tiêu chuẩn mới đang được những đơn vị sản xuất đặt ra cho riêng mình .

Source: https://thomaygiat.com
Category : Máy Tính