Las CPU multinúcleo fueron fundamentales para escalar el rendimiento del centro de datos y admitir una variedad de tecnologías incipientes. Desde principios de la década de 2000, los fabricantes han aumentado constantemente el número de núcleos de CPU y han combinado muchos procesadores en un solo chip para mejorar el rendimiento. Estos avances en el rendimiento de los troqueles están vinculados a servidores más potentes, menores latencias del centro de datos y anchos de banda de procesamiento mejorados.
El éxito de las CPU de servidor escalables es posible gracias a la introducción de chiplets. Estos troqueles de silicio sub-CPU mejoran el rendimiento para los fabricantes porque son menos propensos a defectos, ofrecen un nuevo rendimiento del centro de datos y ventajas de energía y reducen los costos de computación. Chiplets puede ayudar a las organizaciones a escalar el poder de procesamiento organizacional y establecer un nuevo precedente para el diseño de CPU.
Opciones de CPU actuales: aumento de sockets y subprocesos múltiples
En lugar de un solo núcleo de procesamiento, la mayoría de las CPU actuales constan de múltiples núcleos que ejecutan simultáneamente numerosas funciones. Además de los núcleos dobles y cuádruples, los fabricantes fabrican CPU de seis, ocho, 10, 12 y 16 núcleos. El aumento de núcleos y subprocesos múltiples habilita los sistemas de gran escalamiento horizontal y los diversos casos de uso en los que confían las organizaciones.
Los avances en el diseño de la CPU implican miles de millones de transistores microscópicos instalados en un chip de computadora. A medida que se agotaba el número de transistores en un chip, los fabricantes se centraron posteriormente en mayores tamaños de troquel. Sin embargo, este enfoque resultó en un mayor consumo de energía, así como en menores rendimientos de fabricación.
Los fabricantes de CPU se están alejando de los chips monolíticos únicos para construir procesadores compuestos por piezas modulares más pequeñas que se pueden recombinar de nuevas formas. Esto es el resultado de una mayor diversidad de componentes integrados, como circuitos gráficos y arreglos de puertas programables en campo.
Aunque los procesadores de doble zócalo son el status quo establecido desde hace mucho tiempo, las organizaciones pueden infrautilizar las CPU, lo que conduce a ineficiencias de costos y recursos. El creciente problema de la alimentación de los racks y el aumento de la demanda computacional impulsado por las tecnologías ávidas de datos han aumentado la adopción de servidores periféricos y de un solo socket; Los fabricantes de chips continúan mejorando el rendimiento y la capacidad de la CPU.
Además de las CPU de varios núcleos, el subproceso múltiple aprovecha el potencial de simultaneidad de los casos de uso con gran cantidad de datos. Además, el subproceso múltiple compensa las ineficiencias del procesador al ejecutar simultáneamente varios flujos de instrucciones y, como resultado, mejorar el rendimiento general del servidor.
Por ejemplo, en un procesador de cuatro núcleos con hyperthreading, la CPU logra el subproceso equivalente de un procesador de ocho núcleos. Estos núcleos virtuales comparten los mismos recursos y pueden aumentar significativamente la potencia informática general, lo que ayuda a aumentar las CPU físicas.
Cómo los chiplets pueden ayudar a procesar las capacidades
A medida que la contracción de los transistores se convierte en un desafío de diseño y fabricación, los proveedores han recurrido a chiplets: bits de silicio más pequeños dispuestos en un solo paquete grande. Diseñado para lograr un mayor rendimiento y objetivos de energía más eficientes, los chiplets ayudan a que los datos se muevan más rápido y permiten sistemas informáticos más pequeños, más baratos y más conectados. Con partes de chips apilados juntos en un intercalador para formar un módulo multichip, la comunicación entre múltiples troqueles se vuelve crucial.
Las interconexiones ayudan a los chiplets a comunicarse a través de conexiones de alta velocidad y gran ancho de banda y funcionan como un solo chip. La comunicación se produce a través de la colocación horizontal en 2D y las conexiones verticales en 3D de los chips lógicos. La creación de silicio más capaz permite a los arquitectos mezclar y combinar bloques de IP y tecnologías de proceso con memoria y elementos de E / S en nuevos factores de forma de dispositivos.
Este diseño proporciona un mayor ancho de banda y menores latencias para los procesadores, porque las múltiples matrices y las interconexiones brindan un nivel de rendimiento que está a la par con una sola pieza de silicio intacta. Equipos separados de fabricación de chips pueden diseñar y optimizar chiplets, luego mezclarlos y combinarlos para formar rápidamente nuevos sistemas con mayor potencia de procesamiento.
El futuro del diseño de chiplet y las CPU
La industria continúa avanzando con la integración de chiplet y, en 2019, creó el grupo de trabajo Arquitectura específica de dominio abierto para establecer estándares de la industria y un ecosistema viable. Para construir chips de forma independiente, los fabricantes necesitan productos chiplet estandarizados. El éxito de este enfoque depende del establecimiento de estándares abiertos integrales.
Las limitaciones de tamaño del procesador han hecho que los fabricantes de chips se concentren en crear más capacidad de CPU a través de múltiples núcleos, cachés y sistemas en un chip en lugar de procesadores más rápidos. Con múltiples chiplets apilados en un solo circuito integrado, los fabricantes pueden ensamblar rápidamente productos a partir de una diversidad de componentes de CPU intercambiables.
Los Chiplets preparan eficazmente el escenario para futuras construcciones modulares de CPU ensambladas para tareas de procesamiento específicas utilizando componentes del sistema fácilmente disponibles. Los ingenieros también podrían diseñar chiplets individuales sin preocuparse por los conflictos con las redes de interposición o los chiplets de otros fabricantes.
