Méthodologies, types et différences de conception de CPU

Méthodologies, types et différences de conception de CPU

Lors de la conception de nouvelles puces, différents fabricants et concepteurs de puces utilisent différentes méthodologies de conception de puces en fonction des besoins de chaque instant et donc de ce qu'ils recherchent dans la conception finale. Ces méthodologies sont également ce qui fait que quelques entreprises du secteur devancent les autres.

Quand on parle de conception de nouveaux circuits intégrés sur puce, quels qu'ils soient, on parle déjà d'un CPUla GPU, un chipset, une mémoire, etc. Trois styles ou méthodologies différents sont utilisés en termes de conception. Qui sont appelés Full Custom, Semi Custom et EDA. Voyons à quoi ressemble chacun d'eux et en quoi ils diffèrent entre eux.

Qu'est-ce que la bibliothèque de cellules standard ?

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Tout d'abord, nous devons comprendre ce qu'est une bibliothèque de cellules standard. De la même manière que les langages de programmation ont généralement des bibliothèques avec les structures de données et les algorithmes les plus utilisés lors du développement de programmes. les fonderies ou usines de processeurs ont leurs propres bibliothèques standard où dans chacune d'elles sont bien définies les portes logiques qui seront utilisées pour créer une future conception numérique.

Chaque nœud de fabrication dispose d'une bibliothèque standard de portes logiques en fonction du nœud et de l'utilitaire à utiliser. Par exemple, TSMC a un nœud de 7 nm pour des performances élevées et un autre pour une faible puissance. Chacun d'eux dispose d'une bibliothèque de cellules standard, qui sera indispensable pour la création de nouveaux processeurs. Puisqu'il comprend tout le nécessaire comme les portes logiques, les bascules, les verrous, etc.

Ce sont donc les fonderies elles-mêmes comme Intel, TSMC, Samsung, GLOBALFOUNDRIES, SMIC et bien d'autres dans le monde qui finissent chacun par développer leur bibliothèque de cellules standard, qui sera adoptée pour la création de nouvelles puces. Chaque bibliothèque de cellules standard peut avoir différentes variantes de chacune des portes logiques. Certaines se démarqueront par leurs performances, d'autres par leur surface plus petite, nous aurons des versions d'une porte logique avec une consommation d'énergie plus faible et aussi avec des connaissances.

Méthodologies de conception de puces entièrement personnalisées

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La méthodologie Full Custom est la plus complexe de toutes, puisqu'elle n'est adoptée que par quelques entreprises dans le monde dont le capital de recherche et développement est immense. Cette méthodologie nécessite également de nombreuses années de développement pour réaliser une conception. Il est basé sur la combinaison de l'utilisation de la bibliothèque de cellules standard du nœud choisi et d'une conception personnalisée.

En quoi cela consiste? Supposons que nous ayons une combinaison de portes logiques qui n'est pas intégrée à la bibliothèque de cellules standard et dont la mise en œuvre est essentielle à votre conception. Eh bien, les entreprises dotées de la fonctionnalité Full Custom ont la possibilité d'étendre la bibliothèque de cellules standard du nœud qu'elles utilisent et de créer de nouveaux modules complémentaires à utiliser dans leurs propres conceptions.

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Généralement, les entreprises de conception de processeurs ont prévu un processeur à très long terme, le nœud qu'elles utiliseront n'est pas prêt et leur bibliothèque de cellules standard n'est pas disponible. Ces entreprises conçoivent donc leurs propres portes logiques pour un nœud plus avancé. C'est quelque chose que même Fabless aime AMD à ces émotions et de NVIDIA faire pour tester de nouvelles architectures. La méthodologie est que les fonderies leur avancent leurs bibliothèques de conception à l'avance avant de lancer la production du nouveau nœud.

À partir d'eux, les entreprises dotées de la capacité Full Custom créent des conceptions préliminaires simples et suggèrent ainsi des améliorations sur le futur nœud de fabrication. C'est la raison pour laquelle certaines fonderies et industriels cherchent à avoir des partenaires avec plus de capacité de recherche et développement. La contrepartie de cette méthode ? Son coût élevé, non seulement dû à la conception de nouvelles combinaisons de portes logiques, mais aussi au fait qu'elles sont conçues pour le développement de processeurs d'ici trois à cinq ans.

Méthodologies de conception de puces semi-personnalisées

Metodologías Diseño

Les conceptions semi-personnalisées sont celles qui utilisent uniquement la bibliothèque de cellules standard d'un nœud déjà disponible pour la fabrication. Il s'agit donc d'une méthodologie de conception conçue pour lancer des processeurs à très court terme et ne nécessitant pas de gros capital de recherche et développement. Aujourd'hui, plus de 80% des entreprises de conception de puces sont semi-personnalisées. Toutes les conceptions commencent en tant que conceptions semi-personnalisées, c'est lorsque les ingénieurs les plus expérimentés voient la capacité de créer un meilleur processeur en utilisant leur propre technologie, ils passent de semi-personnalisé à entièrement personnalisé. Mais comme nous en avons déjà discuté, c'est quelque chose que très peu d'entreprises peuvent se permettre.

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Un cas curieux de conception semi-personnalisée est AMD, qui possède sa propre bibliothèque de cellules standard utilisant TSMC comme principal fabricant. Une entreprise qui accepte la conception d'une puce avec AMD pourra non seulement utiliser les technologies déjà développées par AMD elle-même, mais pourra également utiliser sa propre bibliothèque de cellules standard pour créer des coprocesseurs tels que des accélérateurs et des domaines. processeurs spécifiques pour ses conceptions. Quelque chose que SONY et Microsoft ont fait pour la création des principaux processeurs de leurs consoles de prochaine génération.

Cependant, malgré son prix inférieur par rapport à la conception Full Custom, il nécessite que la fabrication des puces soit sous-traitée dans de grandes fonderies, qui n'accepteront pas de très petites commandes. La conception des puces implique donc suffisamment de capital pour payer la fabrication des puces.

Déploiement en FPGA et CPLD

L'utilisation des FPGA s'est popularisée ces dernières années ainsi que des CPLD, tous deux étant des logiques programmables dont nous n'expliquerons pas le fonctionnement et les différences entre chacun ici. Son utilisation dans les méthodologies de conception de nouveaux processeurs se produit dans deux cas. Le premier pour le prototypage, le second se produit parce qu'il y a des moments où une entreprise n'a pas la capacité économique de contracter un grand volume de puces, ce qui n'est pas dans l'intérêt des fonderies.

Il faut tenir compte du fait que le déploiement dans chaque nœud de fabrication est de plus en plus coûteux à mettre en œuvre, de sorte que les grandes fonderies recherchent les clients les plus puissants économiquement. Vous pouvez concevoir le meilleur GPU au monde que si vous n'avez pas le capital de NVIDIA ou d'AMD pour louer un grand volume de puces alors votre conception ne verra pas le jour.

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En raison de cette situation, de nombreuses sociétés de conception de puces ne les fabriquent pas, mais vendent leurs conceptions pour être implémentées dans un FPGA ou un CPLD qu'elles implémentent directement dans leurs produits. Le FPGA finit par devenir la puce qui aurait dû être produite en série. En échange, il n'y a pas besoin de payer pour une fabrication en série et la mise en œuvre se fait en un rien de temps.

Le problème avec les FPGA en particulier, c'est que le coût par puce est évidemment plus élevé et ce sont des solutions qui seront très chères, mais qui sont conçues pour des clients très spécifiques. Qui ont l'argent pour payer ladite solution, mais pas le temps d'attendre une solution.