Чиплеты по-европейски: 96 ядер из 6 кристаллов на активной подложке

Совсем недавно мечтой чипмейкеров была однокристальная система на чипе. Но невозможность дальнейшего снижения масштабов технологических норм породила новые мечты ― мечты о чиплетах или о сборке многокристальных чипов из множества небольших кристаллов. На этом пути отметились европейские исследователи, показав опытный 96-ядерный чип, состоящий из 6 чиплетов.

К докладу на конференции ISSCC 2020 в Сан-Франциско французская исследовательская организация CEA-Leti показала, как далеко можно пройти, использовав множество чиплетов и активную подложку-интерпозер. Опытный чип CEA-Leti объединил на подложке 6 чиплетов, каждый из которых содержал по 16 ядер со своими массивами памяти SRAM, и кеш-памяти уровней L1, L2 и L3. Тем самым чип CEA-Leti представлял собой 96-ядерное решение, которое для внешнего наблюдателя работало как единое монолитное устройство.

Вы скажете, что компания AMD давно делает нечто подобное (см. архитектуру Zen 2 и её реализацию в процессорах), а у Intel есть технология EMIB аналогичного назначения. Но у французской разработки есть важное отличие. Европейцы для своих будущих суперкомпьютерных платформ планируют использовать активные интерпозеры, тогда как AMD и Intel опираются на пассивные подложки и схемы компенсации в чиплетах (ядрах).

Активный интерпозер CEA-Leti содержит три независимых канала связи. Во-первых, соединяются все массивы SRAM во всех ядрах. Во-вторых, между собой соединяются массивы кеш-памяти L2 и L3 (каждый отдельно от другого). В-третьих, массивы кеш-памяти L3 соединяются с внешней (системной) памятью.

Общая пропускная способность «сети на кристалле» (на интерпозере) составляет 3 Тбайт/с на мм2. При этом задержки равны 0,6 нс на мм2. Кеш-память L1 во всех чиплетах соединяется напрямую вне сети на интерпозере по своим каналам. Дело в том, что сеть, так или иначе, вносит задержки, что для памяти L1 неприемлемо.

Также в интерпозер вынесены блоки регулировки напряжения питания ядрами. Более того, разработчики реализовали регулятор напряжения по импульсной схеме, которая предполагает наличие таких дискретных компонентов, как конденсаторы. Исследователи утверждают, что в интерпозере нашлось достаточно места и для регуляторов напряжения, и для конденсаторов, и эти элементы не пришлось выносить куда-то ещё. Тем самым они добились хорошего показателя по энергопотреблению решения на уровне 156 мВт на мм2. За подобными решениями на активных интерпозерах будущее, уверены в CEA-Leti.

Источник