L'idée de processeurs à l'échelle de la tranche a fait beaucoup de bruit dans les années 80 du siècle dernier, mais s'est avérée être oubliée pendant des décennies en raison de la complexité de la production. Aujourd'hui, la technologie tente à nouveau de se développer. Nous disons qui travaille dans ce domaine.
/ photo timo vn CC BYQu'est-ce que waferscale
Dans la production de processeurs modernes, le substrat de silicium est
découpé en cristaux individuels, à partir desquels la puce est ensuite assemblée.
La technologie Waferscale (WSI) implique la création de processeurs (CPU et GPU) sur une seule plaquette semi-conductrice - elle devient une grande "puce". Cette approche augmente les performances du système: les composants sont rapprochés, les données sont donc transférées plus rapidement.
Dans les années 1970 et 1980, il a été proposé d'utiliser la technologie WSI pour créer des puces pour les superordinateurs. Cependant, il a été décidé d'abandonner cette idée - il y avait trop de défauts dans les puces pendant la production.
Par exemple, la startup Trilogy Systems, qui est devenue la plus financée de la Silicon Valley, a travaillé dans ce domaine - elle a reçu 230 millions de dollars d'investissements. Mais l'entreprise n'a pas réussi à former une technologie de processus fiable. En 1985, Trilogy a abandonné la recherche WSI et a fait faillite, ce qui a eu un impact négatif sur la réputation globale des processeurs à grande échelle.
Ce n'est que récemment que WSI a de nouveau été présenté comme un domaine prometteur. Par exemple, on s'attend à ce que ces appareils contribuent à accroître la productivité de l'infrastructure informatique dans les centres de données. Les interfaces de transfert de données entre les composants du serveur
s'avèrent souvent
être un goulot d'étranglement. Les systèmes à échelle réduite, en plaçant une partie des composants sur le même substrat, peuvent aider à résoudre le problème de la bande passante.
Qui développe la technologie
Les organisations qui développent aujourd'hui des processeurs aquatiques
sont l'Université de Californie à Los Angeles et l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign. Au début de février de cette année, le personnel universitaire a proposé de créer un système qui combine des dizaines de GPU sur un seul silicium. Le projet s'appelle Silicon Interconnect Fabric ou Si-IF.
Les ingénieurs ont réussi à créer deux prototypes pour 24 et 40 GPU. Les développeurs ont effectué des tests comparatifs avec des appareils classiques (avec le même nombre de modules informatiques) - les performances des appareils Si-IF étaient 2,5 à 5 fois supérieures. Potentiellement, la technologie peut accélérer le travail des serveurs basés sur des GPU dans les centres de données.
Depuis 2012, le fabricant taïwanais TSMC est également impliqué dans les processeurs Waferscale. Leur technologie
est appelée CoWoS - "puce sur une plaquette sur un substrat." Sur le pont de silicium (interposeur) se trouvent le GPU et la mémoire, le FPGA et la mémoire ou les contrôleurs de réseau. Ensuite, le pont est monté sur la carte de circuit imprimé et «emballé» comme un processeur ordinaire. La solution est déjà utilisée dans des appareils réels,
par exemple, les puces graphiques de la série Nvidia Volta.
Les ingénieurs développent également la technologie dans le cadre du projet WIPE, qui fait partie de l'initiative européenne de solutions innovantes
Horizon 2020 . WIPE compte sept membres, dont IBM, le Centre belge de microélectronique iMinds et plusieurs instituts de recherche.
/ photo Enrique Jiménez CC BY-SAL'organisation
propose de créer un processeur pour travailler avec les réseaux de fibres optiques. Dans celui-ci, un module pour convertir un signal optique en un signal électrique sera situé au-dessus de la tranche de silicium avec des puces et y sera connecté directement via des contacts métalliques. Les chercheurs s'attendent à ce qu'une telle architecture consomme moins d'énergie et fonctionne plus rapidement que les systèmes traditionnels avec des émetteurs-récepteurs et des processeurs séparés.
Quelles sont les perspectives
Les experts
s'attendent à ce que le développement de processeurs WSI aide les centres de données à augmenter la capacité des serveurs pour des tâches exigeantes, telles que la formation de réseaux de neurones. Selon certains rapports, la startup Cerebras travaille déjà sur un processeur waferscale pour l'apprentissage automatique - bien que l'entreprise elle-même cache les détails du développement.
Un autre avantage de WSI est sa facilité de gestion. Pour les systèmes d'exploitation et autres programmes, les périphériques à l'échelle de la tranche ne ressemblent pas à plusieurs processeurs distincts, mais, par exemple, à un grand GPU. Cela simplifie le travail des programmeurs et des administrateurs système qui n'ont pas besoin de configurer individuellement chaque module du système waferscale.
Mais les processeurs à grande échelle ont une
limitation qui rend difficile la mise à l'échelle de l'infrastructure informatique. Les systèmes d'alimentation en puces WSI nécessitent l'installation de régulateurs de tension. Ces blocs occupent un endroit où des modules informatiques supplémentaires pourraient être placés. Une autre limitation pour les processeurs à l'échelle de la tranche est liée au refroidissement des périphériques. La haute densité des modules sur la puce
complique la dissipation thermique.
Mais selon les experts, ces problèmes sont
surmontables et c'est le bon moment pour relancer WSI. Depuis les années 1980, les technologies de fabrication des processeurs sont devenues plus avancées, le nombre de défauts a diminué. Par conséquent, nous pouvons nous attendre à ce que dans un proche avenir de plus en plus de projets apparaissent sur le développement de dispositifs à échelle de tranche.
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