Ponti di silicio, come Intel e AMD interconnettono CPU o GPU

La comparsa di circuiti integrati bidimensionali e mezzo, 2.5DIC, ha portato con sé i cosiddetti interposer al silicio per l'intercomunicazione dei diversi elementi che ne fanno parte. A causa del loro alto costo e complessità, questi sono diventati un collo di bottiglia per l'adozione di massa di questo tipo di circuito. I ponti di silicio sono un'alternativa che promette di risolvere questi problemi.

come Intel e AMD interconnettono CPU o GPU

La sfida più grande in un sistema composto da diversi processori è la comunicazione. Tuttavia, ci sono applicazioni in cui la potenza richiesta dall'hardware impedisce di posizionare l'architettura su un singolo chip e deve essere disegnata una composizione più complessa, la più comune è quella che chiamiamo un circuito 2.5DIC.

Il problema con gli interposer in silicio

GPU AMD Vega

A causa della complessità della comunicazione richiesta e della necessità di risparmiare sul trasferimento dei dati, è richiesto l'uso di interfacce di comunicazione complesse. Il trucco più comune? L'uso di percorsi di silicio posizionati verticalmente che corrono dall'interposer e attraverso i chip verticalmente. Ciò consente di aumentare il numero di interconnessioni e farle andare a una bassa velocità di clock, cosa estremamente importante poiché il consumo di energia cresce esponenzialmente con la velocità di clock.

Il problema con gli interposer in silicio è che essi sono estremamente costosi a causa delle dimensioni dell'interposer, poiché questo non è altro che un chip su cui sono montati il ​​resto dei chip e deve anche essere grande. Quindi la dimensione dell'interposer è limitata dalla griglia del nodo di produzione. Con la tecnologia attuale, la dimensione massima che può avere un interposer in silicio è di 30 x 30 mm, quindi i chip, sia di memoria che di processori, devono quindi essere più piccoli dell'interposer su cui sono montati. .

Tutte queste limitazioni fanno sì che da un paio d'anni sia stata sviluppata un'alternativa sotto forma dei cosiddetti ponti di silicio, che sono stati adottati da entrambi Intel ed AMD per i loro progetti 2.5DIC presenti e futuri.

Cosa sono i ponti di silicio?

Ponte Silicio Intel EMIB

Ponti di silicio, ponti di silicio in inglese, non sono una tecnologia futura , poiché li abbiamo già visti nei prodotti che sono stati rilasciati. Poiché la tecnologia EMIB e Intel utilizzano questa tecnologia per comunicare tra loro vari chip nei loro progetti basati su circuiti integrati di due dimensioni e mezzo.

Il vantaggio dei ponti in silicio è che non lo fanno utilizzare un intero interpositore per la comunicazione , ma creano invece un canale di comunicazione tra i due chip che stanno comunicando che si trova sul substrato di entrambi i chip. Qualcosa che a prima vista può sembrare un interpositore, ma la quantità di silicio necessaria per l'intercomunicazione dei diversi chip è in realtà molto più piccolo.

Inoltre, i ponti di silicio consentono libertà quando si uniscono diversi chip insieme, i creatori non sono limitati dalla dimensione dell'interposer e non c'è alcun sovraccarico di interconnessione nell'interposer che quindi ci sono elementi che non usano per comunicare. ogni. È quindi una soluzione molto più economica e avvicina i progetti 2.5DIC al mercato interno e quindi al di fuori dell'elaborazione ad alte prestazioni.

Come funzionano i ponti in silicio?

Kaby Lake-G ponte silicio

Una delle particolarità dei ponti in silicio è che non usano percorsi di silicio o TSV per intercomunicare con i chip, il che riduce notevolmente i costi, poiché non è necessario creare una serie di percorsi verticali che attraversino l'intero chip dall'alto verso il basso. Il problema con l'adozione di percorsi di silicio è che è complesso come costruire un edificio. E una volta costruito, diciamo che devi far passare una rete di tubi nel mezzo, il che tecnicamente significa dover far cadere l'edificio a terra e farlo di nuovo.

Come con il TSV degli interposer di silicio, anche i ponti di silicio comunicano verticalmente, ma questa intercomunicazione viene eseguita su un ponte che si trova tra entrambi i chip e fornisce una larghezza di banda sufficiente per la comunicazione. Ad esempio Intel con il lancio della sua tecnologia EMIB di prima generazione è stata in grado di comunicare un AMD GPU con la sua memoria HBM utilizzando uno dei ponti di silicio in Kaby Lake-G.

Chi lo sta adottando?

Intel Metor Lake

Sia Intel che AMD stanno adottando ponti di silicio nello sviluppo di prodotti futuri, anche se, come abbiamo già detto, Intel li ha già adottati e nello specifico era in un progetto congiunto con AMD. Ci riferiamo al NUC Hades Canyon e al modo in cui CPU e la GPU erano interconnessi tra loro tramite un ponte di silicio.

Il prodotto non ha avuto molto successo, ma Intel ha sviluppato la sua tecnologia a ponte di silicio, EMIB, durante tutto questo tempo e l'ha trasformata in un modo per interconnettere le diverse tessere, che è ciò che chiamano chiplet, in progetti tanto del non ancora rilasciato GPU Intel Xe-HP , Nonché futura CPU Intel Meteor Lake . Che speriamo arrivi sul mercato entro il 2023.

Chiplet GPU brevettati AMD Puente Silicio

Nel caso di AMD, invece, l'adozione dei ponti in silicio sarà visto in RDNA 3 , il cui riferimento abbiamo grazie ad una serie di brevetti AMD dove descrivono una GPU Gaming composta da diversi chiplet GPU. Che vengono visti dal sistema operativo come se fossero una singola GPU. È interessante notare che per la gamma di GPU MCM basate su CDNA 2, AMD utilizza un interposer comune, ma va notato che il mercato dell'elaborazione ad alte prestazioni ha costi che possono essere sostenuti da TSV e dall'uso di interposer in silicio.

In generale, si prevede che nei prossimi anni i ponti in silicio verranno adottati da diversi produttori che vogliono costruire soluzioni 2.5DIC per il mercato domestico, cosa che stiamo aspettando da anni e che sarà uno degli elementi che risolvere il problema dell'aumento dei costi per la fine della legge di Moore. Ma, per il momento e per finire, ci resta quanto segue: non è una tecnologia non provata e quindi non stiamo parlando di qualcosa di fantascientifico.