Video: 7nm FINFET Layout (Septembra 2024)
Zatiaľ čo predajcovia čipov vo všeobecnosti nezavádzajú nové čipy na výročnej medzinárodnej konferencii obvodov pevných látok (ISSCC), často poskytujú viac podrobností o vnútornom fungovaní už ohlásených produktov. Tu sú niektoré veci, ktoré mi na výstave tohto týždňa pripadajú zaujímavé.
Architektúra servera Ivytown od spoločnosti Intel
Spoločnosť Intel diskutovala o najnovšej verzii svojej rodiny procesorov Xeon E7, čipu s až 15 jadrami a 30 vláknami, známych ako Ivytown. Je založená na architektúre EP Ivy Bridge používanej v modeli Xeon E5 2600 V2. Procesor je postavený na 22nm procesnej technológii spoločnosti Intel s tranzistormi Tri-Gate (rebrá sú vysoké 34nm a široké 8nm) a nahradia súčasnú Xeon E7 založenú na Westmere EX. Na porovnanie, súčasný Xeon E7, ktorý sa vyrába na 32nm planárnom HKMG procesore, má 10 jadier a 20 vlákien a má 30 MB vyrovnávacej pamäte L3 v porovnaní s 37, 5 MB vo verzii Ivytown.
Jednou z najzaujímavejších vlastností tejto novej rady procesorov je jej modulárna architektúra. Pôdorys pozostáva z troch stĺpcov s piatimi jadrami, z ktorých každý má svoj vlastný plátok vyrovnávacej pamäte L3, vstavanú kruhovú zbernicu a vyhradený IO v hornej a dolnej časti stĺpcov (prepojenia QPI v hornej časti a ovládač pamäte v spodnej časti). Spoločnosť Intel plánuje vytvoriť 10-jadrovú verziu odstránením pravého stĺpca; a vytvoriť 6-jadrovú verziu ďalším odstránením dvoch riadkov.
15-jadrová verzia má 4, 31 miliárd tranzistorov - ktoré podľa spoločnosti Intel sú pre všetky mikroprocesory najviac - a meria 541 štvorcových milimetrov. 10-jadrová verzia má 2, 89 miliárd tranzistorov a meria 341 štvorcových milimetrov. 6-jadrový variant má 1, 86 miliárd tranzistorov a meria 257 štvorcových milimetrov. Prevádzkové frekvencie sa pohybujú od 1, 4 GHz do 3, 8 GHz s TDP v rozmedzí od 40 W do 150 W.
Ďalším zaujímavým aspektom Ivytown je architektúra vyrovnávacej pamäte. Rovnaká matrica podporuje štandardnú štvorkanálovú DDR3 pamäť s rýchlosťou až 1867 MT / sa nové štvorkanálové jednosmerné rozhranie s napäťovým režimom (VMSE) do vyrovnávacej pamäte s rozšírením pamäte, ktorá beží na 2667 MT / s. Celkovo môže podporovať až 12 TB pamäte na 8-soketovom serveri - trojnásobok kapacity pamäte Westmere EX. 15-jadrová verzia bude k dispozícii v dvoch rôznych balíkoch: v jednom, ktorý je kompatibilný s existujúcou platformou Romley (Socket-R) pre ľahké aktualizácie, a druhý, ktorý umožňuje novú platformu pomocou vyrovnávacích pamätí.
Viac informácií o Haswell
Intel tiež poskytol množstvo detailov o architektúre Haswell, použitej v súčasnej rodine Core. To tiež používa 22nm tranzistory Tri-Gate. Spoločnosť Intel uviedla, že spoločnosť Haswell integruje niekoľko nových technológií vrátane plne integrovaného regulátora napätia alebo FIVR (konsolidácia platformy z piatich regulátorov napätia na jeden), zabudovanej vyrovnávacej pamäte DRAM pre lepší grafický výkon, stavov s nižšou spotrebou energie, optimalizovaných pokynov IO, pokynov AVX2 a širšia celočíselná jednotka SIMD.
Existujú tri základné variácie Haswell: Najprv existuje štvorjadrové jadro, ktoré komunikuje so samostatným PCH (Platform Controller Hub) s rýchlejšou grafikou (dve až štyri jadrá). Po druhé, existuje ultrabooková platforma, ktorá kombinuje dvojjadrový Haswell s PCH v jedinom balení s viacerými čipmi. Procesor podporuje stavy s nižšou spotrebou, PCH je upravený na nižšiu spotrebu a dva komunikujú cez zbernicu s nízkou spotrebou, čo všetko znižuje spotrebu v pohotovostnom režime o 95 percent. Nakoniec je v tom istom balíku verzia s grafikou Iris Pro a 128 MB vyrovnávacej pamäte eDRAM. Balíky s viacerými čipmi používajú IO na balíku, ktoré poskytuje veľkú šírku pásma pri nízkom výkone medzi CPU a PCH a eDRAM.
V závislosti od počtu jadier CPU a grafiky (GT2 alebo GT3) má Haswell od 960 miliónov do 1, 7 miliárd tranzistorov a matrica meria 130 až 260 štvorcových milimetrov. Je navrhnutý pre prevádzku pri 0, 7 až 1, 1 V pri širokom frekvenčnom rozsahu od 1, 1 do 3, 8 GHz.
128 GB eDRAM matrica meria 77 štvorcových milimetrov a poskytuje maximálnu šírku pásma 102 GB / s. Spoločnosť Intel uviedla, že v porovnaní s rovnakým systémom bez eDRAM poskytuje dodatočná vyrovnávacia pamäť zvýšenie výkonu až o 75 percent, hoci celkový výkon sa zvýši o 30 až 40 percent.
Steamroller AMM poháňa Kaveri
AMD, ktorá má tendenciu dať viac grafiky tomu, čo nazýva zrýchlené procesorové jednotky (APU alebo procesory kombinujúce CPU a grafiku), sa zamerala na svoje nové jadro CPU, známe ako Steamroller, ktoré sa používa v novej sérii procesorov Kaveri spoločnosti. Jadro Steamrollera, vyrobené v 28 nm veľkom procese CMOS, má 236 miliónov tranzistorov na ploche 29, 47 štvorcových milimetrov. To zahŕňa dve celočíselné jadrá, dve dekódovacie jednotky inštrukcií a niekoľko zdieľaných prvkov, vrátane načítania inštrukcií, jednotky s pohyblivou rádovou čiarkou a 2 MB vyrovnávacej pamäte L2. AMD typicky používa jeden z týchto modulov Steamroller vo svojich „dvojjadrových“ čipoch (odrážajúcich 2 celé čísla); a dva vo svojich „štvorjadrových“ čipoch.
V porovnaní s predchádzajúcim jadrom Piledriveru, ktorý bol vyrobený v 32nm SOI procese, Steamroller pridáva druhú dekódovaciu jednotku inštrukcií, väčšiu zdieľanú vyrovnávaciu pamäť 96KB a ďalšie vylepšenia. AMD uviedol, že to viedlo k až 14, 5 percentám väčšieho počtu inštrukcií na cyklus, čo znamená lepší výkon o 9 percent v aplikáciách s jedným vláknom a o 18 percent lepší výkon v aplikáciách s dvoma vláknami. Môže tiež bežať pri 500 MHz vyššej frekvencii pri rovnakom výkone alebo poskytovať približne rovnaký výkon s 38% znížením výkonu. Jadro Steamrolleru je navrhnuté tak, aby pracovalo v rozsahu 0, 7 až 1, 45 voltu.
Mobilné procesory od spoločností MediaTek, Renesas a Qualcomm
Viaceré spoločnosti prezentovali svoje procesory založené na ARM.
MediaTek hovoril o svojom 28nm heterogénnom viacjadrovom procesore (HMP) s štvorjadrovým procesorom a duálnym GPU. Čip MediaTek má dve jadrá Cortex A15 pracujúce pri 1, 8 GHz a dve jadrá Cortex A7 pracujúce pri 1, 4 GHz v kombinácii s dvojjadrovým grafickým procesorom Imagination G6200 400MHz. Má tiež hardvérový video kodek s vysokým rozlíšením HD a 13-megapixlový procesor obrazového snímača.
MediaTek tiež hovoril o technológii PTP (Performance, Thermal a Power), ktorá monitoruje čip a riadi napájanie. V tomto prípade spoločnosť uviedla, že PTP umožňuje buď 23-percentné zvýšenie rýchlosti hodín, alebo až 41-percentnú úsporu energie.
Tento čip využíva skutočné spracovanie HMP spoločnosti ARM, čo znamená, že v závislosti od pracovného zaťaženia môže byť spustená akákoľvek kombinácia veľkých a malých jadier od jedného do štyroch. MediaTek uviedol, že použitím skutočného HMP môže čip poskytnúť o 33 až 51 percent lepší výkon pri veľkom pracovnom zaťažení alebo 2 až 5 x lepšiu energetickú účinnosť pri ľahkom pracovnom zaťažení, zatiaľ čo adaptívne riadenie teploty poskytuje ďalšie zvýšenie výkonu o 10 percent.
Spoločnosť Renesas predstavila „navrhovaný“ 28nm osemjadrový heterogénny procesor HPM určený pre mobilné zariadenia a informačné systémy pre automobily. Čip používa štyri jadrá Cortex A15 s 2 GHz a štyri jadrá Cortex A7 s 1 GHz. Je schopný súčasne prevádzkovať všetkých 8 jadier, aby sa dosiahol najvyšší výkon, ale na optimalizáciu výkonu pre určité pracovné zaťaženia alebo energetické obálky používa aj heterogénnu techniku architektúry a správy napájania.
Spoločnosť Qualcomm opísala svoj digitálny procesor signálov Hexagon, ktorý sa používa v mobilných SoC pre rôzne multimediálne a modemové aplikácie. Aktuálna verzia sa vyrába v 28 mm hrubom HKMG procese CMOS. Táto konštrukcia sa zameriava na vysoké pokyny za hodinu, na rozdiel od vysokých prevádzkových frekvencií.
Na strane servera ARM Applied Micro hovoril o 64-bitovom procesore ARMv8 prvej generácie spoločnosti, ktorý bol prvýkrát ohlásený na nedávnom samite Open Compute. Je založený na procesorovom module „Potenza“ (PMD), ktorý obsahuje dve jadrá zdieľajúce 256 kB vyrovnávacej pamäte L2. Potenza sa vyrába v 40 nm hrubej CMOS a každá PMD obsahuje 84 miliónov tranzistorov a využíva plochu 14, 8 štvorcových milimetrov. Môže pracovať pri 3GHz pri 0, 9 voltoch, ale pri bežných pracovných zaťaženiach je v priemere 4, 5 W. Platforma servera X-Gene 3 obsahuje štyri PMD (osem jadier), zdieľanú 8 MB vyrovnávacej pamäte L3 a štyri pamäťové kanály DRAM okolo centrálneho prepínača. Integruje tiež 10 GB Ethernet, SATA 2/3, PCIe Gen. 3 a USB 3.0.
Nová generácia technológie čipových procesov
Uskutočnilo sa aj niekoľko prezentácií o novej generácii technológie čipových procesov, keďže takmer všetci hlavní výrobcovia čipov majú v pláne prejsť na výrobu 3D alebo FinFET na uzle 14 alebo 16nm (po Intelu, ktorý už dodáva 22nm čipy) s takouto technológiou).
Samsung hovoril o svojom nadchádzajúcom 14nmovom procese FinFET, ktorý ukázal 128Mb 6T SRAM pole a testovací čip. Spoločnosť Samsung uviedla, že FinFET sú dobrým riešením pre nízkoenergetické mobilné SoC, pretože poskytujú dobré škálovanie, vysoký prúd a nízky únik a majú dobrú kontrolu krátkych kanálov.
To tiež predstavuje určité výzvy pre SRAM, pretože napájacie napätie SRAM sa nezmenilo. SRAM teraz zaberá 20-30 percent z oblasti zomierania SoC, ale využíva asi 40-50 percent energie. Na vyriešenie týchto problémov spoločnosť Samsung navrhla niekoľko nových techník prevádzky SRAM pomocou tranzistorov FinFET pri nižšom napájacom napätí.
TSMC riešila podobné problémy a ukázala svoj 16nm 128Mb SRAM čip. TSMC uviedla, že FinFET sa stali hlavnou technológiou výroby nad 20 nm, ale uvedená šírka a dĺžka kanála s FinFET je výzvou pre škálovanie konvenčného 6T-SRAM a napájacieho napätia. TSMC navrhla dve techniky asistencie pri zápise na prekonanie týchto problémov.
Ide o pomerne technické problémy, ale ak chceme, aby sme v budúcnosti dostali hustejšie a energeticky účinnejšie čipy, je ich vyriešenie rozhodujúce.
