A idéia de processadores em escala de wafers fez muito barulho nos anos 80 do século passado, mas acabou sendo esquecida por décadas devido à complexidade da produção. Hoje, a tecnologia está novamente tentando se desenvolver. Contamos quem trabalha nesta área.
/ foto timo vn CC BYO que é waferscale
Na produção de processadores modernos, o substrato de silício é
cortado em cristais individuais, dos quais o chip é então montado.
A tecnologia waferscale (WSI) implica a criação de processadores (CPU e GPU) em uma única pastilha semicondutora - ela se torna um grande "chip". Essa abordagem aumenta o desempenho do sistema: os componentes são colocados mais próximos, para que os dados sejam transferidos mais rapidamente.
Nas décadas de 1970 e 1980, a tecnologia WSI foi proposta para ser usada para criar chips para supercomputadores. No entanto, foi decidido abandonar essa idéia - havia muitos defeitos nos chips durante a produção.
Por exemplo, a startup da Trilogy Systems, que depois se tornou a mais financiada no Vale do Silício, trabalhou nessa área - recebeu US $ 230 milhões em investimentos. Mas a empresa não conseguiu formar uma tecnologia de processo confiável. Em 1985, a Trilogy interrompeu a pesquisa da WSI e faliu, o que impactou negativamente a reputação geral dos processadores de escala de bolachas.
Apenas recentemente, o WSI foi novamente discutido como uma área promissora. Por exemplo, espera-se que esses dispositivos ajudem a aumentar a produtividade da infraestrutura de TI nos data centers. As interfaces para transferência de dados entre os componentes do servidor geralmente
acabam sendo um gargalo. Os sistemas de escala de bolachas, colocando parte dos componentes no mesmo substrato, podem ajudar a resolver o problema da largura de banda.
Quem desenvolve tecnologia
Atualmente, as organizações que desenvolvem processadores para watercale
são a Universidade da Califórnia em Los Angeles e a Universidade de Illinois em Urbana-Champaign. No início de fevereiro deste ano, a equipe da universidade propôs a criação de um sistema que combina dezenas de GPUs em um único silício. O projeto é chamado Silicon Interconnect Fabric, ou Si-IF.
Os engenheiros conseguiram criar dois protótipos para 24 e 40 GPUs. Os desenvolvedores realizaram testes comparativos com dispositivos clássicos (com o mesmo número de módulos de computação) - o desempenho dos dispositivos Si-IF foi 2,5 a 5 vezes maior. Potencialmente, a tecnologia pode acelerar o trabalho de servidores baseados em GPUs em data centers.
Desde 2012, o fabricante taiwanês TSMC também está envolvido nos processadores Waferscale. Sua tecnologia
é chamada CoWoS - "chip em uma bolacha em um substrato". Na ponte de silício (interposer) estão a GPU e os controladores de memória, FPGA e memória ou rede. Em seguida, a ponte é montada na placa de circuito e "empacotada" como um processador comum. A solução já é usada em dispositivos reais,
por exemplo, os chips gráficos da série Nvidia Volta.
Os engenheiros também estão desenvolvendo a tecnologia como parte do projeto WIPE, que faz parte da iniciativa de soluções inovadoras do
Horizonte Europeu
2020 . O WIPE possui sete membros, incluindo a IBM, o Centro Belga de Microeletrônica iMinds e vários institutos de pesquisa.
/ foto Enrique Jiménez CC BY-SAA organização
propõe criar um processador para trabalhar com redes de fibra óptica. Nele, um módulo para converter um sinal óptico em um elétrico será localizado acima da pastilha de silício com chips e conectado diretamente a ele através de contatos de metal. Os pesquisadores esperam que essa arquitetura consuma menos energia e corra mais rapidamente do que os sistemas tradicionais, com transceptores e processadores separados.
Quais são as perspectivas
Os especialistas
esperam que o desenvolvimento de processadores WSI ajude os datacenters a aumentar a capacidade do servidor para tarefas exigentes, como o treinamento de redes neurais. Segundo alguns relatos, a startup Cerebras já está trabalhando em um processador em escala de wafers para aprendizado de máquina - embora a própria empresa esconda os detalhes do desenvolvimento.
Outra vantagem do WSI é a facilidade de gerenciamento. Para sistemas operacionais e outros programas, os dispositivos waferscale não se parecem com vários processadores separados, mas, por exemplo, como uma GPU grande. Isso simplifica o trabalho de programadores e administradores de sistema que não precisam configurar individualmente cada módulo do sistema waferscale.
Mas os processadores em escala de wafers têm uma
limitação que dificulta o dimensionamento da infraestrutura de TI. Os sistemas de energia nos chips WSI requerem a instalação de reguladores de tensão. Esses blocos ocupam um local onde módulos de computação adicionais podem ser colocados. Outra limitação para processadores em escala de wafers está relacionada ao resfriamento do dispositivo. A alta densidade dos módulos no chip
complica a dissipação de calor.
Mas, de acordo com especialistas, esses problemas são
superáveis e agora é a hora certa de reativar o WSI. Desde a década de 1980, as tecnologias de fabricação de processadores se tornaram mais avançadas, o número de defeitos diminuiu. Portanto, podemos esperar que, no futuro próximo, mais e mais projetos apareçam no desenvolvimento de dispositivos em escala de bolachas.
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