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Análise À medida que a chamada Lei de Moore continua a desacelerar, muitos fabricantes de chips estão recorrendo a técnicas avançadas de empacotamento e chiplet para gerar maior eficiência e desempenho do que é possível apenas com o processo de encolhimento.
A família Instinct MI300 da AMD de aceleradores, que foi exibido em seu datacenter e evento de IA em junho, é apenas o exemplo mais recente da mudança. A versão GPU do chip usa empacotamento 3D para empilhar oito matrizes de GPU CDNA 3 de 5 nm sobre quatro chiplets de E/S de 6 nm conectados por meio da tecnologia de empacotamento 2.5D da TSMC a uma série de módulos HBM3 na periferia. A variante APU troca duas dessas matrizes de GPU por um trio de chips de oito núcleos direto da plataforma Epyc Genoa da AMD.
A Intel empregou técnicas de empacotamento semelhantes em toda a sua linha de CPU e GPU. Isso é GPUs Ponte Vecchio use uma combinação de sua tecnologia de embalagem EMIB e Foveros para unir 47 chiplets – ou ladrilhos porque a Intel insiste em ser diferente – em uma peça que se comporta como um único acelerador.
“É o maior ponto de inflexão em semicondutores desde o surgimento do RTL e da síntese no final dos anos 80”, disse John Koeter, vice-presidente da Synopsys, da Semicon Business, sobre arquiteturas multidie em uma entrevista recente ao Strong The One.
As arquiteturas multidie oferecem muitas vantagens com escalabilidade e modularidade, mas há outros benefícios, como a capacidade de colocar a memória mais próxima dos núcleos de computação e combinar a tecnologia do processo para otimizar vários componentes. Por exemplo, não é incomum que as matrizes de E/S usem tecnologia de processo mais antiga porque os componentes analógicos não se beneficiam de nós menores da mesma forma que os núcleos da CPU.
Em muitos aspectos, o pacote de chips está se tornando um sistema completo em si mesmo. Em vez de espalhar componentes discretos como controladores de memória, CPUs e GPUs em uma placa-mãe, todos eles podem ser agrupados e se comunicar por meio de uma estrutura de baixa potência e alta largura de banda.
Este é um dos objetivos por trás do Universal Chiplet Interconnect Express (UCIe) consórcio, que está desenvolvendo uma interface padrão para fazer exatamente isso. Mas antes que você fique muito animado com a perspectiva de unir uma GPU AMD a uma CPU Intel ou vice-versa, ainda há muitos problemas que precisam ser resolvidos primeiro, de acordo com Koeter.
picadas de realidade
A realidade é que peças multi-die, como o MI300 da AMD ou a série GPU Max da Intel, representam uma fração bem pequena dos projetos de semicondutores hoje – pela estimativa de Koeter, apenas cerca de 10%. “As pessoas que fazem projetos de guias múltiplas hoje são empresas de sistemas ou empresas de semicondutores que possuem todos os diferentes componentes”, disse ele.
Em outras palavras, essas empresas podem ajustar cada componente para garantir que tudo funcione em conjunto e um componente não apresente resultados inesperados. Enquanto Intel, AMD e outros grandes fabricantes de chips podem se safar disso, alguns esperam evitar essa dor de cabeça estabelecendo um mercado de chiplets onde as empresas podem escolher componentes de vários fornecedores.
Hoje, a maioria dos aplicativos multidie está centrada em computação de alto desempenho, IA e rede, mas Koeter espera que isso mude rapidamente nos próximos anos, à medida que novos casos de uso surgirem. A adoção de arquiteturas multi-die pela indústria automotiva é uma área sobre a qual ele está particularmente otimista.
Antes que isso aconteça, a indústria como um todo precisa superar alguns obstáculos, disse Koeter. “Um desafio é simplesmente ter uma linguagem comum que descreva todos os diferentes componentes.”
E mesmo que você consiga que todos concordem sobre como chamar esses componentes e o que eles devem fazer, você ainda pode se deparar com situações em que um chiplet pode não funcionar como pretendido.
“Então você obtém um dado bom conhecido …, você o integra a este pacote e, de repente, não funciona corretamente”, disse Koeter. “Quem é o responsável por isso?”
Pode ser um problema com o chiplet, como foi fabricado ou como foi integrado à embalagem, explicou. Para piorar as coisas, as falhas em qualquer um desses processos podem não ser imediatamente aparentes.
“Quando você está falando sobre ter vários moldes amontoados em um pacote, você realmente vai querer ver qual é o rendimento e a confiabilidade durante os testes, mas também durante a implantação em campo”, disse ele. “Você realmente quer que o módulo levante a mão e diga: ‘Ei, um dos chips está estragando agora’, e você quer que ele faça isso antes que se torne uma falha no campo.”
Isso significa desenvolver novos recursos de teste e depuração para designs multidie – algo em que a Synopsys já está trabalhando, sem surpresa, assim como outros.
Também não faltam desafios técnicos a serem superados. De acordo com Koeter, um dos mais urgentes é a coerência da memória. Para aproveitar ao máximo uma arquitetura de chiplet, eles precisam ser capazes de endereçar o mesmo cache e memória para evitar cópias desnecessárias de um chip para outro.
Este é um dos problemas que o UCIe, que mencionamos anteriormente, procura resolver. O grupo da indústria está desenvolvendo um padrão de interface aberta baseado no Compute Express Link para arquiteturas de chiplet heterogêneas. Em outras palavras, é uma linguagem comum que os chiplets podem usar para falar um com o outro.
O Open Compute Project também está explorando um padrão de interconexão semelhante chamado Bunch of Wires. No entanto, não parece ser tão popular quanto o UCIe, que já ganhou suporte de grandes fabricantes de chips, incluindo AMD, Arm, Qualcomm, Intel e Synopsys, para citar alguns.
Enquanto o progresso está sendo feito para tornar os designs de chiplet heterogêneos não apenas possíveis, mas comuns, Koeter diz que vai demorar um pouco até que estejam prontos para o horário nobre.
“Um verdadeiro mercado de chiplets provavelmente ainda levará alguns anos para se tornar uma realidade”, disse ele. “Algumas pessoas acham que será muito mais rápido do que isso, mas acho que existem problemas do mundo real que precisam ser resolvidos e que são problemas de toda a indústria”. ®
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