La idea de los procesadores a escala de oblea hizo mucho ruido en los años 80 del siglo pasado, pero resultó ser olvidada durante décadas debido a la complejidad de la producción. Hoy, la tecnología nuevamente está tratando de desarrollarse. Decimos quién trabaja en esta área.
/ foto timo vn CC BY¿Qué es waferscale?
En la producción de procesadores modernos, el sustrato de silicio se
corta en cristales individuales, a partir de los cuales se ensambla el chip.
La tecnología waferscale (WSI) implica la creación de procesadores (tanto CPU como GPU) en una única oblea de semiconductores: se convierte en un gran "chip". Este enfoque aumenta el rendimiento del sistema: los componentes se colocan más cerca, por lo que los datos se transfieren más rápido.
En las décadas de 1970 y 1980, se propuso utilizar la tecnología WSI para crear chips para supercomputadoras. Sin embargo, se decidió abandonar esta idea: había demasiados defectos en los chips durante la producción.
Por ejemplo, la startup Trilogy Systems, que luego se convirtió en la más financiada en Silicon Valley, trabajó en esta área: recibió $ 230 millones en inversiones. Pero la compañía no pudo formar una tecnología de proceso confiable. En 1985, Trilogy suspendió la investigación de WSI y se declaró en bancarrota, lo que afectó negativamente la reputación general de los procesadores a escala de obleas.
Recientemente, se volvió a hablar de WSI como un área prometedora. Por ejemplo, se espera que dichos dispositivos ayuden a aumentar la productividad de la infraestructura de TI en los centros de datos. Las interfaces para transferir datos entre los componentes del servidor a menudo
resultan ser un cuello de botella. Los sistemas Waferscale, al colocar parte de los componentes en el mismo sustrato, pueden ayudar a resolver el problema del ancho de banda.
¿Quién desarrolla la tecnología?
Las organizaciones que desarrollan procesadores de escala de agua hoy
son la Universidad de California en Los Ángeles y la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. A principios de febrero de este año, el personal de la universidad propuso crear un sistema que combine docenas de GPU en un solo silicio. El proyecto se llama Silicon Interconnect Fabric, o Si-IF.
Los ingenieros lograron crear dos prototipos para 24 y 40 GPU. Los desarrolladores realizaron pruebas comparativas con dispositivos clásicos (con el mismo número de módulos informáticos): el rendimiento de los dispositivos Si-IF fue 2.5 a 5 veces mayor. Potencialmente, la tecnología puede acelerar el trabajo de los servidores basados en GPU en los centros de datos.
Desde 2012, el fabricante taiwanés TSMC también ha estado involucrado en procesadores Waferscale. Su tecnología
se llama CoWoS: "chip en una oblea en un sustrato". En el puente de silicio (intercalador) están la GPU y los controladores de memoria, FPGA y memoria o red. Luego, el puente se monta en la placa de circuito y se "empaqueta" como un procesador normal. La solución ya se usa en dispositivos reales,
por ejemplo, los chips gráficos de la serie Nvidia Volta.
Los ingenieros también están desarrollando la tecnología como parte del proyecto WIPE, que forma parte de la iniciativa de soluciones innovadoras European
Horizon 2020 . WIPE tiene siete miembros, incluidos IBM, el Centro Belga para Microelectrónica iMinds y varios institutos de investigación.
/ foto Enrique Jiménez CC BY-SALa organización
propone crear un procesador para trabajar con redes de fibra óptica. En él, un módulo para convertir una señal óptica en una eléctrica se ubicará sobre la oblea de silicio con chips y se conectará directamente a ella a través de contactos metálicos. Los investigadores esperan que dicha arquitectura consuma menos energía y funcione más rápido que los sistemas tradicionales con transceptores y procesadores separados.
¿Cuáles son las perspectivas?
Los expertos
esperan que el desarrollo de procesadores WSI ayude a los centros de datos a aumentar la capacidad del servidor para tareas exigentes, como la formación de redes neuronales. Según algunos informes, la startup Cerebras ya está trabajando en un procesador a escala de wafers para el aprendizaje automático, aunque la propia empresa oculta los detalles del desarrollo.
Otra ventaja de WSI es su facilidad de administración. Para los sistemas operativos y otros programas, los dispositivos a escala de wafers no parecen varios procesadores separados, sino, por ejemplo, una gran GPU. Esto simplifica el trabajo de los programadores y administradores de sistemas que no necesitan configurar individualmente cada módulo del sistema waferscale.
Pero los procesadores de escala de wafers tienen una
limitación que dificulta el escalado de la infraestructura de TI. Los sistemas de energía en chips WSI requieren la instalación de reguladores de voltaje. Estos bloques ocupan un lugar donde se pueden colocar módulos informáticos adicionales. Otra limitación para los procesadores de escala de obleas está relacionada con el enfriamiento del dispositivo. La alta densidad de los módulos en el chip
complica la disipación de calor.
Pero según los expertos, estos problemas son
superables y ahora es el momento adecuado para revivir WSI. Desde la década de 1980, las tecnologías de fabricación de procesadores se han vuelto más avanzadas, la cantidad de defectos ha disminuido. Por lo tanto, podemos esperar que en el futuro cercano aparezcan más y más proyectos en el desarrollo de dispositivos de escala de obleas.
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