Генеральний директор AMD Ліза Су завершила великий рік для компанії вступною промовою на IEDM 2017, де вона передбачила, що новий підхід до розробки чіпів забезпечить наступне десятиліття значного зростання продуктивності.
Закон Мура сповільнюється, і мішок хитрощів, які індустрія використовує, щоб вичавити більше з кожного нового покоління чіпів, досягає все меншої прибутковості. Щоб залишатися на передньому краї, потрібно докласти набагато більше зусиль, і це коштує набагато більше, підриваючи економічні вигоди та змушуючи галузь шукати нові рішення.
У своїй вступній промові в IEDM 2017, щорічної конференції чіпів, яка триває вже 63 роки, генеральний директор AMD Ліза Су розповіла про ці виклики та підхід своєї компанії до використання багаточіпової архітектури, щоб «подолати обмеження Moore's». Основна доповідь завершила великий рік для AMD, яка випустила довгоочікуваний редизайн своїх настільних, серверних і мобільних процесорів, завдяки чому знову стала конкурентоспроможною з Intel у високій продуктивності. обчислення.
Це також було своєрідним поверненням додому для Су, який отримав студентський приз IEDM, будучи аспірантом MIT у 1992 році. Вона зазначила, що суперкомп’ютер Cray того року — один із найшвидших у світі на той час — міг створити 15 мільярдів операцій за секунду, тоді як цьогорічний урожай ігрових консолей забезпечує п’ять-шість трильйонів операцій за секунду приблизно $500. "Ми досягли величезного прогресу", - сказав Су. «Але ви бачите, що ми також маємо можливість піти набагато далі».
Можливо, ПК переживає занепад, а ринок смартфонів демонструє ознаки насичення, але AMD вірить, що настане нова ера захоплюючих обчислень, яка потребуватиме великої обчислювальної потужності. ЦП і графічні процесори були будівельними блоками високопродуктивних обчислень. Згідно з даними AMD, протягом останнього десятиліття продуктивність подвоювалася кожні 2,4 року для процесорів і кожні 2,1 року для графічних процесорів. Ефективність (або продуктивність на ват) серверних чіпів також подвоюється кожні 2,4 року.
Але це було непросто, і, що цікаво, AMD каже, що лише близько 40 відсотків цих прибутків припадає на відставання технологій. Значна частина решти надходить від проектування систем і архітектури. Це включає в себе інтеграцію додаткових функцій, мікроархітектурні інновації, покращене керування живленням і програмне забезпечення, наприклад, кращі компілятори. Нова мікроархітектура Zen, наприклад, збільшила інструкції за такт на 52 відсотки, а кожен Epyc 8-ядерний кристал має тисячі датчиків для оптимізації потужності, підвищуючи продуктивність на ват майже на 50 відсотків.
На даний момент ці трюки продовжують приносити серйозні переваги, але приблизно 20 відсотків цього надходить від збільшення загальної потужності та розміру матриці. Наприклад, потужність графічних процесорів високого класу збільшилася з 200 Вт до 300 Вт, оскільки галузь покращує розсіювання тепла. У типовому серверному чіпі лише третина потужності зараз йде безпосередньо на обчислення, оскільки інші компоненти, такі як введення/виведення, кеш-пам’ять і вбудовані в чіп структури, споживають більше енергії. Площа високопродуктивних чіпів зараз становить від 500 до 600 квадратних міліметрів, а деякі з них наближаються до меж виробничих інструментів (обмеження прицільної сітки), особливо потужний графічний процесор Nvidia Tesla V100. Не дивно, що все це стає дуже дорогим, і AMD показала діаграму, яка вказує, що 7-нм чіп буде більш ніж удвічі дорожчим за поточні 14-нм процесори. Нарешті, пропускна здатність пам’яті не встигає за підвищенням продуктивності центральних і графічних процесорів.
Усе це змусило AMD перейти до багатокристальної архітектури для Epyc. Флагманський 32-ядерний серверний чіп насправді складається з чотирьох 8-ядерних «чіплетів» на органічному інтерпозері, з’єднаних із фірмовою Infinity Fabric за допомогою високошвидкісних каналів SerDes. Загальна площа матриці дещо більша через периферійні схеми - загалом 852 квадратних міліметри проти 777 квадратних міліметрів для гіпотетичної монолітної матриці, але продуктивність настільки вища, що вона коштує 40 відсотків менше. Це також забезпечує гнучкість розробки різних продуктів. AMD та інші також використовують 3D стековану DRAM, відому як пам’ять високої пропускної здатності (HBM), щоб збільшити пропускну здатність, зменшити енергоспоживання та зменшити загальний розмір і складність дизайну - хоча і за ціною, оскільки HBM має значну премію, а ціни на DRAM зростають.
Кінцева мета полягає в тому, щоб стекувати не тільки DRAM, але й енергонезалежну пам’ять, графічні процесори та інші компоненти безпосередньо поверх процесорів, сказав Су. Окремо компанія Sony провела презентацію, в якій описала, як вона вже робить щось подібне для своїх датчиків зображення CMOS – розміщуючи піксельний датчик поверх 1 ГБ DRAM, яка, у свою чергу, розміщена поверх процесора зображень, але потрібно ще багато роботи, щоб розширити її до високої продуктивності обчислення, особливо з виготовленням з’єднань високої щільності, відомих як наскрізні кремнієві отвори (TSV), і розсіювання всього тепла, захопленого в них бутерброд. Але Су сказала, що впевнена, що всі ці проблеми можна подолати. Реальні проблеми, за її словами, полягають у тому, щоб зробити 3D-інтеграцію економічною та оновити програмне забезпечення для повного використання таких пристроїв.
У застарілому світі «ЦП був центром усього, а інші чіпи звисали від нього», — сказав Су. Але робоче навантаження змінилося, зокрема з розвитком глибокого навчання, і зараз точаться багато дискусій у галузі щодо того, чи стануть центральний процесор, графічний процесор, FPGA чи спеціальні ASIC основними обчислювальними елемент. "З моєї точки зору, це все вищесказане", - сказав Су. «Ви побачите, що світ — неоднорідне місце». Це також придасть більше значення з’єднанням які поєднують усі ці елементи разом (AMD є членом консорціумів CCIX і Gen-Z, які розробляють це технологія).
За словами AMD, поєднання постійного масштабування та цих методів забезпечуватиме принаймні подвоєння продуктивності кожні 2,4 року. «Ми абсолютно віримо, що підвищення продуктивності, яке ми спостерігали за останнє десятиліття, ми можемо досягти або замінити в наступному десятилітті», — сказав Су.