En Hot Chips 2022(Se abre en una nueva ventana), Intel levantó el telón para mostrar algunos detalles tentadores sobre sus próximos procesadores «Meteor Lake» de 14.ª generación. Ahora, es probable que estas CPU de última generación no se envíen pronto. (Todavía tenemos que ver el lanzamiento de los procesadores «Raptor Lake» de 13.ª generación de Intel, aunque Intel insiste en que Meteor Lake está en camino de lanzarse en la segunda mitad de 2023). Pero los detalles que hemos visto hasta ahora son profundamente fascinantes y muestran un cambio creciente en la forma en que se diseñan los procesadores modernos.
Comenzando con Meteor Lake (y seguido por «Arrow Lake», su supuesta familia Core de 15.ª generación), Intel pasará a usar un diseño de «chiplet» para sus procesadores de consumo, con muchas fichas diminutas que manejan diferentes funciones fusionadas en una sola chip. Es una desviación significativa del diseño «monolítico» de los procesadores Intel existentes, y podría dar lugar a procesadores más rápidos y, tal vez, más asequibles en los próximos años.
El nacimiento de la matriz de CPU monolítica
Desde el principio, la industria informática ha presionado incesantemente por una integración más estrecha. Allá por 1965, el cofundador de Intel, Gordon Moore, acuñó lo que se conoció como la «Ley de Moore», el axioma muy azotado que anticipaba la duplicación de la cantidad de componentes en un circuito integrado cada año. Esto no siempre ha sido del todo cierto, pero muestra la importancia crítica de la integración para la industria de los chips.
Durante las últimas décadas, hemos visto numerosos componentes integrados en las CPU: módulos de coma flotante, caché, controladores de memoria, controladores PCI Express, controladores de video, controladores de pantalla, procesadores de gráficos y muchos otros circuitos. En general, esto ha tenido muchas recompensas positivas, desde la reducción de los costos de producción y el consumo de energía hasta el aumento drástico del rendimiento. Pero también ha generado desafíos que las empresas han tenido que trabajar para superar.
Cómo los chiplets podrían resolver problemas monolíticos
Se destacan tres problemas clave con la construcción de chips monolíticos grandes. Lo primero y más importante es el problema con el rendimiento de las fichas.
Ningún proceso de producción es perfecto y, cuando se trata de chips de silicio, incluso un defecto aparentemente pequeño puede hacer que un chip no funcione correctamente. Esta tendencia hace que la construcción de chips grandes sea significativamente más costosa. Eso es porque cuando ocurre un defecto, se desperdicia más tiempo de fabricación y recursos en comparación con un chip defectuoso más pequeño.
(Crédito: Intel)
En segundo lugar, los componentes como los procesadores de gráficos y las CPU tienden a funcionar mejor cuando cada uno se fabrica con su propia tecnología de proceso óptima. Sin embargo, al integrar varios tipos de componentes en un solo chip, se ve obligado a utilizar el mismo proceso de fabricación para todos los componentes. En última instancia, debe usar un proceso que los afectará negativamente a ambos al menos un poco, o necesitará usar un proceso que funcione bien para uno, pero no tan bien para el otro.
Por último (pero ciertamente no menos importante), tener todos estos componentes estrechamente integrados puede obstaculizar el desarrollo, hasta cierto punto. Cuando todo está integrado, no es tan sencillo realizar cambios en un solo componente, por ejemplo, el controlador de memoria o el procesador de video. Debe considerar cómo está conectado todo, y luego todo el chip debe pasar por un largo proceso de verificación para garantizar que todo funcione correctamente después de realizar cualquier cambio. Después de eso, tú todavía necesita cambiar el diseño en la fábrica y trabajar con los chips existentes antes de comenzar la producción del nuevo diseño.
Sin embargo, mediante el uso de un diseño de chiplet, estos problemas y otros pueden resolverse o al menos mitigarse. Es necesario realizar una cierta cantidad de inspección y verificación para asegurarse de que los chips funcionen correctamente, sin duda, pero se gana mucha más flexibilidad en el diseño y la actualización de los chips. Además, verá una restricción significativamente menor en el proceso de producción que utiliza para las diferentes partes del chip. Y un defecto en cualquier chip individual será menos costoso, ya que los chips son cada vez más pequeños.
(Crédito: Intel)
En última instancia, este cambio puede ayudar a acelerar el desarrollo de chips y, potencialmente, reducir los costos y mejorar el rendimiento también. También es un método probado: AMD ha estado usando diseños de chiplet para sus procesadores Ryzen desde hace algún tiempo.
El impulso de los chiplets: ¿por qué ahora y qué podría salir mal?
Si el uso de chiplets tiene beneficios claros y obvios, ¿por qué Intel no los ha empleado antes? Bueno, la respuesta corta es que la empresa posee-muchas veces. Intel utilizó un diseño similar a un chiplet con sus procesadores Pentium D en 2005 para combinar dos núcleos de CPU en un solo procesador. Nuevamente usó un diseño tipo chiplet con sus procesadores Core «Arrandale» de primera generación. Y ha experimentado con chiplets en otros productos desde entonces.
(Crédito: Intel)
Sin embargo, una diferencia clave entre estos diseños y el próximo Meteor Lake y los CPU Arrow Lake más lejanos es qué tan estrechamente acoplados están los chips en cuestión. Una desventaja del diseño de un chiplet es que los chips simplemente no pueden tener el mismo nivel de interconectividad que disfrutan en un solo chip monolítico. Como resultado, el ancho de banda se ve afectado. Esto ha obstaculizado el rendimiento en el pasado de los productos de Intel (y también de AMD), pero es algo que ha mejorado con el tiempo.
Otro inconveniente: los chiplets más antiguos tienden a usar más energía. Pero como los requisitos de energía cambian constantemente entre generaciones, es difícil determinar qué tan importante podría ser este problema en el futuro.
Cómo se verá la CPU Chiplet de Meteor Lake
El enorme chip «Ponte Vecchio» de Intel combina 47 mosaicos (el término preferido de la compañía para estos pequeños chips) con más de 100 mil millones de transistores. Es con esa misma tecnología de interconexión que Intel planea conectar los chips en sus próximos procesadores Meteor Lake y Arrow Lake. Como puede ver en la imagen a continuación, el diseño de Meteor Lake consta de seis piezas en total, incluido el sustrato del paquete, que probablemente será poco más que una PCB para conectarse al zócalo LGA en la placa base.
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(Crédito: Intel)
Entre los cinco títulos restantes se encuentran el mosaico de CPU, un mosaico de GPU y un mosaico de IO Extender. (Es probable que el último contenga solo el controlador PCI Express). La parte de la CPU se fabricará con el próximo proceso de producción «Intel 4», mientras que Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) podría fabricar otros mosaicos.
(Crédito: Intel)
También hay un mosaico «SOC» con un nombre un tanto confuso, que contiene todo lo que no encaja en los tres mosaicos mencionados anteriormente, incluido el controlador de memoria. Parece ser el mosaico más grande y es probable que tenga muchas funciones, pero se debe tener cuidado de no confundirlo con un sistema en un chip (SoC) que puede encontrar en su teléfono o televisor, ya que este último también contendría una CPU y una GPU.
El último mosaico, etiquetado como «Base Tile», probablemente funcionará como una placa de prueba y servirá para conectar las otras partes. Esto se logra utilizando interconexiones Foveros Direct de 36 micrómetros, que también se utilizan en Ponte Vecchio.
La siguiente imagen de mosaico de gráficos ayuda a mostrar la flexibilidad adicional que proporciona este diseño. Intel puede diseñar estos mosaicos con diferentes cantidades de recursos para construir procesadores con diferentes cantidades de núcleos de CPU, núcleos de gráficos u otros recursos.
(Crédito: Intel)
Todo el diseño marca un alejamiento de la tradición, pero algunas de las tecnologías en realidad están retrocediendo un poco. Los componentes como el controlador de memoria que se han integrado durante mucho tiempo en la CPU ahora se están separando una vez más en componentes separados, aunque estrechamente vinculados a la CPU. Aunque parece un poco contrario a la sabiduría prevaleciente, no podemos negar que los diseños de chiplet son prometedores y que parecen ser las cosas en el futuro, con AMD e Intel adoptando diseños de chiplet.
(Crédito: Intel)
Desafortunadamente, puede pasar algún tiempo antes de que conozcamos más detalles o veamos los números de rendimiento de los procesadores Meteor Lake. Se espera que Intel lance sus procesadores Raptor Lake de 13.ª generación en algún momento de este otoño, y es probable que Meteor Lake no se lance hasta algún momento del otoño de 2023. Eso significa que pasará aún más tiempo antes de que escuchemos algo sobre Arrow Lake. Y mientras tanto, veremos más evoluciones y revoluciones de la tecnología basada en chiplet de AMD.
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