Aktivní interposery: budoucnost multičipových technologií?

Tomuto tématu se ostatně věnuje i veřejně přístupná práce (pdf), kterou má částečně na svědomí také dvojice pracovníků z AMD Research a týká se právě cenově efektivnímu navrhování škálovatelných čipů s využitím křemíkových interposerů. To mohou být velké křemíkové základny plné spojů, jaké využívá AMD či NVIDIA na GPU s HBM2, nebo menší křemíkové spoje pod okraji čipů zapuštěné v destičkách čipů, s čímž zase koketuje Intel (EMIB) a nebo také prosté MCM (Multi-Chip Module) s čipy propojenými skrze datové linky v samotných destičkách, a to jsou zase aktuální procesory AMD Threadripper a EPYC. 

 

 

 

AMD nám ostatně velice názorně ukázalo, o čem tato cenová efektivita může být. Dostalo na trh 32jádrové procesory EPYC, které prodává už od 2100 dolarů, zatímco 28jádrové monolitické Intel Xeon jsou více než čtyřikrát dražší. To samozřejmě nebude přesně odpovídat poměru částek v případě nákladů na výrobu. Ovšem i logicky je jasné, že s ohledem na výtěžnost bude mnohem levnější vyrábět složité čipy z více menších kousků, zvláště když se může najít využití i pro ty méně povedené s poškozenými jádry. Problém je pak to, jak zajistit rychlou komunikaci mezi jednotlivými čipy, na což AMD našlo lék v podobě rozhraní Infinity Fabric. 

 

 

Vedle AMD a Intelu o takovém rozkouskování velice složitých čipů uvažuje také NVIDIA, jak ukazuje tento zeleno-šedý starší náčrt. Stejně tak Intel už má své zkušenosti, jak ukazují i procesory Kaby Lake-G s Vegou M a HBM2, ale můžeme říci, že nejvíce jich má právě AMD. To také velice dobře ví, že propojení dvou čipů komunikujících mezi sebou je daleko jednodušší, než když mají být čtyři nebo ještě více. Tato komunikace musí probíhat velice spolehlivě a pevně danými latencemi, neboť jedno zaškobrtnutí může způsobit chybu, která shodí systém. Tento problém je menší, když propojujeme stejné čipy, čili třeba jádra Zeppelin v procesorech AMD, ale pokud jde třeba o spojení GPU jader, paměti a I/O kontrolerů, náročnost roste. A to je právě úkol pro tzv. aktivní interposery, které jsou hlavní předmět dané práce. 

 

 

Mohli bychom mluvit také o hloupých a chytrých interposerech, přičemž ty první nalezneme třeba pod čipy AMD Vega. V podstatě nejde o nic jiného než o tisíce datových spojů vedoucích od GPU k pamětem HBM2, které jsou zapuštěny v křemíkové destičce vyrobené podobně jako počítačový čip. Těch první Vegy potřebovaly alespoň 2048 pro své paměťové rozhraní a nové 7nm Vegy využijí rovnou, ale to už platilo i o čipech Fiji a první generaci HBM. 

 

Tento přístup se ale nemůže uplatit v uvažovaném otevřeném přístupu k integraci čipů do jednoho celku. Mluvíme o možnosti využití různých čipů i od různých výrobců. Při použití pasivních interposerů by se musela v každém jednotlivém případě složitě řešit komunikace mezi nimi, takže každý čip by musel být pro každou implementaci trošku jiný a jinak vyladěný a přes to prostě nejede vlak.

 

Takže co pomůže? Přeci aktivní interposery, které nejsou už jen prosté datové linky "zalité" v křemíku. Jde v podstatě o čipy obsahující síťovou logiku (NoC - Network on Chip), která bude mít za úkol onu komunikaci řídit a zajistit, aby spolu mohly mluvit různé čipy v různých konfiguracích. A to není už jen teorie. Dle dané práce už takové aktivní interposery byly vyrobeny a vykázaly zlepšení komunikace a její efektivity oproti pasivním. Ovšem jako obvykle, problém tkví v ceně, ovšem to se dá a dalo říci snad o všech nových technologiích, které sotva spatřily světlo světa. 

 

Není tak divu, že aktivní interposery dle AMD budou rezervovány pouze pro hi-end produkty, takže si je můžeme představit třeba v připravovaných složitých AI akcelerátorech, jejichž zákazníci si za výkon rádi připlatí. Snem pak je vytvořit takovou technologii, která bude schopna propojovat různé čipy různých výrobců, takže by šlo o skutečný modulární design, do jehož samotného vývoje by se nemuselo investovat mnoho prostředků. 

 

Zdroj: seal.ece.ucsb.edu