AMD хочет размещать чипы памяти прямо над кристаллом процессора

Недавно на мероприятии, посвящённом высокопроизводительным вычислениям, глава отдела устройств для центров обработки данных (Datacenter Group) компании AMD Форрест Норрод (Forrest Norrod) поделился некоторой информацией о будущих процессорах своей компании. В частности, он рассказал, что AMD сейчас разрабатывает новые варианты дизайна процессоров, в которых предполагается размещение памяти DRAM и SRAM непосредственно в процессоре для повышения производительности.

Причина, по которой AMD ищет новые способы для повышения производительности своих процессоров, довольно проста — закон Мура фактически достиг своего предела. Уменьшать техпроцессы с каждым разом становится всё труднее, а соответственно становится проблематично увеличивать число транзисторов. Тактовые частоты также фактически достигли своего предела, да и на меньших техпроцессах повышать их затруднительно. На самом деле, в наиболее «тонких» техпроцессах частоты вовсе могут оказаться нижу актуальных. Так что нужны новые способы для повышения производительности процессоров.

Одним из них является использование «склеек» из нескольких кристаллов, то есть многочиповой упаковки. Производство нескольких небольших кристаллов вместо одного крупного куда проще и эффективнее, а соответственно и дешевле. В своих новых процессорах AMD использует систему так называемых «чиплетов». В новых процессорах EPYC «Rome» используется связка из четырёх кристаллов с ядрами и одного кристалла с контроллером памяти и прочими интерфейсами. Похожая система будет в предстоящих Ryzen 3000. А следующим этапом может стать размещение микросхем друг над другом, в стеках.

Как и другие производители полупроводниковой продукции, компания AMD работает над переходом на 3D-архитектуру для повышения плотности. В частности, AMD хочет внедрять стековую память, поскольку считает это наиболее важным шагом в ближайшей перспективе. Компания уже использует память HBM2 вместе со своими графическими процессорами. В будущем же AMD хочет размещать микросхемы памяти прямо поверх вычислительных кристаллов (CPU и GPU), чтобы обеспечить более высокую пропускную способность, а соответственно и увеличить производительность.

Идея размещения памяти над другим чипом не нова. Что-то подобное уже реализовала компания Samsung, однако как видно на слайде выше, расположенная сверху память тут подключается не напрямую к другой микросхеме, а через дополнительные контакты. Такой поход, конечно, повышает плотность размещения, однако не способен обеспечить максимальную скорость передачи данных. AMD же предлагает укладывать память прямо на чип процессора и подключать их друг к другу сквозным соединением типа TSV (through silicon via). Это обеспечит максимальную скорость передачи данных между двумя кристаллами, что повысит производительность. Также такой подход позволяет снизить энергопотребление и ещё сильнее повышает плотность укладки.

Пока что AMD пришла лишь к чиплетам

Форрест Норрод не стал вдаваться в подробности разработок. Но уже сейчас становится ясно, что создаваемая AMD архитектура, предусматривающая размещение памяти поверх вычислительных ядер, может стать фундаментальным сдвигом в дизайне процессоров AMD. Заметим, что компания Intel сейчас также активно работает над технологией 3D-размещения кристаллов, которая называется 3D Foveros. Так что уже в обозримом будущем мы можем увидеть «объёмные» процессоры, которые смогут предложить новый уровень производительности по сравнению с актуальными чипами.