CPU-designmetoder, typer och skillnader

CPU-designmetoder, typer och skillnader

Vid design av nya marker använder olika chiptillverkare och designers olika chipdesignmetoder beroende på behovet av varje ögonblick och därför vad de letar efter i den slutliga designen. Dessa metoder är också det som gör ett fåtal företag i branschen före resten.

När vi pratar om designen av nya integrerade kretsar på ett chip, oavsett vad de är, pratar vi redan om en CPU, en GPU, ett chipset, ett minne etc. Tre olika stilar eller metoder används när det gäller design. Vilka kallas Full Custom, Semi Custom och EDA. Låt oss se hur var och en av dem är och hur de skiljer sig åt.

Vad är Standard Cell Library?

Ejemplos Standardcellbibliotek

Först och främst måste vi förstå vad ett standardcellbibliotek är. På samma sätt som programmeringsspråk vanligtvis har bibliotek med de mest använda datastrukturerna och algoritmerna när de utvecklar program. gjuterier eller processorfabriker har sina egna standardbibliotek där i var och en av dem logikgrindarna som kommer att användas för att skapa en framtida digital design är väl definierade.

Varje tillverkningsnod har ett standardbibliotek med logiska grindar beroende på noden och verktyget som ska användas. Till exempel har TSMC en 7nm-nod för hög prestanda och en annan för låg effekt. Var och en av dem har ett standardcellbibliotek, vilket är viktigt för skapandet av nya processorer. Eftersom den innehåller allt som behövs såsom logiska grindar, flip-flops, spärrar etc.

Så det är gjuterierna själva som Intel, TSMC, Samsung, GLOBALFOUNDRIES, SMIC och många andra i världen som varje gång utvecklar sitt Standard Cell Library, som kommer att antas för att skapa nya marker. Varje standardcellbibliotek kan ha olika varianter av var och en av logikgrindarna. Vissa kommer att utmärka sig för sina prestationer, andra för att ha ett mindre område, vi kommer att ha versioner av en logisk dörr med lägre energiförbrukning och även med kunskap.

Fullständiga anpassade chipdesignmetoder

Metodologías Diseño

Full Custom-metoden är den mest komplexa av alla, eftersom den endast antas av ett fåtal företag i världen vars kapital för forskning och utveckling är enormt. Denna metod kräver också många års utveckling för att slutföra en design. Den är baserad på kombinationen av att använda Standard Cell Library för vald nod och anpassad design.

Vad består den av? Anta att vi har en logisk grindkombination som inte är inbyggd i Standard Cell Library och vars implementering är avgörande för din design. Tja, företag med Full Custom-kapacitet har möjlighet att utöka Standard Cell Library för noden de använder och skapa nya tillägg för användning i sin egen design.

Placa Rayos X

Vanligtvis processordesignföretag när de har en mycket långsiktig processor planerad, noden de kommer att använda är inte redo och deras Standard Cell Library är inte tillgängligt. Så dessa företag utformar sina egna logiska grindar för en mer avancerad nod. Detta är något som även Fabless gillar AMD och NVIDIA göra för att testa nya arkitekturer. Metoden är att gjuterier avancerar sina designbibliotek till dem i förväg innan de rullar ut produktionen av den nya noden.

Från dem skapar företag med full anpassad kapacitet enkla preliminära konstruktioner och föreslår därmed förbättringar på den framtida tillverkningsnoden. Detta är anledningen till att vissa gjuterier och tillverkare vill ha partners med mer forskning och utvecklingskapacitet. Motparten till denna metod? Dess höga kostnad, inte bara på grund av utformningen av nya kombinationer av logiska grindar, utan också på grund av det faktum att de är utformade för utveckling av processorer mellan tre och fem år framöver.

Semi-anpassade chipdesignmetoder

Metodologías Diseño

Semi-anpassade mönster är de som endast använder Standard Cell Library för en nod som redan är tillgänglig för tillverkning. Därför är det en designmetodik som är utformad för att starta processorer på mycket kort sikt och kräver inte högt forsknings- och utvecklingskapital. Idag är mer än 80% av chipdesignföretagen semi-anpassade. Alla mönster börjar som Semi Custom-design, det är när ingenjörerna med högsta kunskap ser förmågan att skapa en bättre processor med sin egen teknik, de går från Semi Custom till Full Custom. Men som vi har diskuterat tidigare är det något som mycket få företag har råd med.

GDDR6 Xbox Series X

Ett märkligt fall av Semi Custom-design är AMD, som har sitt eget Standard Cell Library med TSMC som huvudtillverkare. Ett företag som godkänner designen av ett chip med AMD kommer inte bara att kunna använda de tekniker som redan utvecklats av AMD, utan kommer också att kunna använda sitt eget Standard Cell Library för att skapa coprocessorer som acceleratorer och domän- specifika processorer för dess design. Något som SONY och Microsoft har gjort för att skapa huvudprocessorerna för nästa generations konsoler.

Trots det lägre priset jämfört med Full Custom-designen kräver det dock att tillverkningen av chipsen kontrakteras i stora gjuterier, vilket inte accepterar mycket små beställningar. Så chipdesign innebär tillräckligt med kapital för att betala för chiptillverkning.

Implementering i FPGA och CPLD

Användningen av FPGA har blivit populär de senaste åren såväl som CPLD: er, båda är programmerbar logik vars funktion och skillnader mellan var och en vi inte kommer att förklara här. Dess användning i designmetoderna för nya processorer sker i två fall. Det första för prototypering, det andra inträffar eftersom det finns tillfällen då ett företag inte har den ekonomiska förmågan att kontraktera en stor volym marker, vilket inte är i gjuteriets intresse.

Det måste tas med i beräkningen att distributionen i varje tillverkningsnod blir allt dyrare att implementera, så stora gjuterier letar efter de mest ekonomiskt kraftfulla kunderna. Du kan designa den bästa GPU i världen att om du inte har huvudstaden i NVIDIA eller AMD för att hyra en stor volym chips så kommer din design inte att se ljuset.

Coste Diseño Chips

På grund av denna situation tillverkar många chipdesignföretag inte dem utan säljer sina mönster för att implementeras i en FPGA eller ett CPLD som de implementerar direkt i sina produkter. FPGA blir det chip som borde ha massproducerats. I utbyte behöver du inte betala för masstillverkning och genomförandet sker på nolltid.

Speciellt problemet med FPGA är att kostnaden per chip uppenbarligen är högre och det här är lösningar som kommer att bli mycket dyra, men som är utformade för mycket specifika kunder. Som har pengarna att betala för nämnda lösning, men inte tid att vänta på en lösning.