Технология из 80-х: кто возрождает waferscale-процессоры

в 19:41, , рубрики: waferscale, Блог компании ИТ-ГРАД, высокая производительность, ИТ-ГРАД, Процессоры

Идея waferscale-процессоров наделала много шума в 80-х годах прошлого века, но оказалась забытой на десятилетия из-за сложности производства. Сегодня технологию вновь пытаются развивать. Рассказываем, кто работает в этой области.

Технология из 80-х: кто возрождает waferscale-процессоры - 1
/ фото timo vn CC BY

Что такое waferscale

При производстве современных процессоров кремниевая подложка распиливается на элементарные кристаллы, из которых потом собирается чип. Технология waferscale (WSI) подразумевает создание процессоров (как CPU, так и GPU) на единой полупроводниковой пластине. Такой подход увеличивает производительность системы: компоненты размещаются ближе, поэтому данные передаются быстрее.

В 1970-х и 1980-х годах технологию WSI предлагали использовать для создания чипов для суперкомпьютеров. Однако от этой идеи было решено отказаться — при производстве в чипах возникало слишком много дефектов.

Например, в этой сфере работал стартап Trilogy Systems, который тогда стал самым финансируемым в Кремниевой долине — он получил $230 млн инвестиций. Но компании так и не удалось сформировать надежный техпроцесс. В 1985 году Trilogy прекратила исследования в области WSI и обанкротилась, что отрицательно сказалось на репутации waferscale-процессоров в целом.

Только недавно о WSI снова заговорили как о перспективном направлении. К примеру, ожидается, что такие устройства помогут повысить производительность ИТ-инфраструктуры в дата-центрах. Интерфейсы для передачи данных между компонентами сервера часто оказываются «бутылочным горлышком». Waferscale-системы, за счет размещения части компонентов на одной подложке, могут помочь решить проблему пропускной способности.

Кто развивает технологию

Организациями, развивающими waterscale-процессоры сегодня, являются Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе и Иллинойсский университет в Урбане-Шампейне. В начале февраля этого года сотрудники вузов предложили создать систему, которая объединит на одной кремниевой десятки графических процессоров. Проект получил название Silicon Interconnect Fabric, или Si-IF.

Инженерам удалось создать два прототипа на 24 и на 40 GPU. Разработчики провели сравнительные тесты с классическими устройствами (с аналогичным числом вычислительных модулей) — производительность Si-IF-устройств оказалась выше в 2,5–5 раз. Потенциально технология может ускорить работу серверов на базе графических процессоров в дата-центрах.

Waferscale-процессорами с 2012 года занимается и тайваньский производитель TSMC. Их технология называется CoWoS — «чип на пластине на подложке». На кремниевом мосту (interposer) размещаются GPU и память, FPGA и память или сетевые контроллеры. Затем мост устанавливается на монтажную плату и «упаковывается» как обычный процессор. Решение уже используется в реальных устройствах, например графических чипах Nvidia серии Volta.

Также разработкой технологии занимаются инженеры в рамках проекта WIPE, который входит в европейскую инициативу по созданию инновационных решений Horizon 2020. В составе WIPE семь участников, среди которых — IBM, бельгийский центр микроэлектроники iMinds и ряд исследовательских институтов.

Технология из 80-х: кто возрождает waferscale-процессоры - 2
/ фото Enrique Jiménez CC BY-SA

Организация предлагает создать процессор для работы с оптоволоконными сетями. В нем модуль для преобразования оптического сигнала в электрический будет расположен над кремниевой пластиной с чипами и связан с ней напрямую через металлические контакты. Исследователи ожидают, что такая архитектура будет потреблять меньше энергии и работать быстрее, чем традиционные системы с раздельными трансиверами и процессорами.

Каковы перспективы

Эксперты ожидают, что развитие WSI-процессоров поможет дата-центрам увеличить мощность серверов для ресурсоемких задач, например обучения нейросетей. По некоторым данным, над waferscale-процессором для машинного обучения уже работает стартап Cerebras — хотя сама компания скрывает подробности разработки.

Ещё одно преимущество WSI — простота управления. Для операционных систем и других программ waferscale-устройства выглядят не как несколько отдельных процессоров, а, например, как один большой GPU. Это упрощает работу программистов и системных администраторов, которым не нужно по отдельности настраивать каждый модуль waferscale-системы.

Но у waferscale-процессоров есть и ограничение, которое делает сложным масштабирование ИТ-инфраструктуры. Системы питания в WSI-чипах требуют установки регуляторов напряжения. Эти блоки занимают место, на котором можно было бы разместить дополнительные вычислительные модули. Ещё одно ограничение для waferscale-процессоров связано с охлаждением устройств. Высокая плотность модулей на чипе усложняет отведение тепла.

Но по мнению специалистов, эти проблемы преодолимы и сейчас для возрождения WSI настало подходящее время. С 1980-х технологии производства процессоров стали более совершенными, количество дефектов сократилось. Поэтому можно ожидать, что в ближайшее время будет появляться все больше проектов, посвященных разработке waferscale-устройств.


О чем мы пишем в корпоративном блоге:

И в Telegram-канале:

Автор: it_man

Источник


* - обязательные к заполнению поля


https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.4.1/jquery.min.js