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AMD从小芯片CPU走向小芯片GPU

lPCU_elecfans 来源:电子发烧友网 作者:周凯扬 2021-01-15 10:35 次阅读

在HPC应用上,对突破性能的追求是从未停歇的,尤其是在人工智能机器学习和大数据分析等新兴应用提出更高的性能要求后。但制程突破的速度已经逐渐放缓,每个工艺节点带来的频率红利也在慢慢变小。而为了减少生产和开发成本,提高良率,不少CPU制造商都开始看向小芯片。 2020年的最后一天,AMD公布了自己在小芯片GPU上的专利,引起了不少热议。大家都在猜测,小芯片是否能成为后摩尔时代芯片设计创新的利器呢?

AMD:从小芯片CPU走向小芯片GPU

AMD从很早开始就在小芯片上发力了,不管是EPYC服务器CPU还是线程撕裂者桌面CPU,都大量运用了小芯片设计。在AMD看来,传统的单片处理器将一个或多个CPU核心放置在单个裸片上,以此加速时钟频率和缓存读取,虽然这种策略对于需要重度CPU使用的工作来说非常合理,但仍有其限制。而小芯片设计可以带来更快的架构创新,尤其是在数据中心等应用上。 在去年的ISSCC 2020上,AMD重点提到了小芯片在第二代EPYC服务器CPU上带来的优势。运用Zen 2架构的EPYC服务器CPU上,AMD在CPU核心上运用了台积电代工的7nm小芯片,IOD仍然采用Global Foundries的14nm制程。AMD提到这种设计实现了更高的核心数和更高的性能,而且显著降低了成本。 而AMD近期公布的小芯片GPU专利同样掀起了不小的浪花,该专利展示了一种使用高带宽交联的小芯片GPU设计方案。

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小芯片GPU / AMD 在该专利中,AMD提到,由于多数应用是以单个GPU为前提写就的,所以为了保留现有的应用编程模型,将小芯片设计实现在GPU上向来都是一大挑战。而该专利利用一根总线将第一个GPU小芯片与CPU相连,余下的GPU用被动交联连接。 如今许多架构至少拥有一级缓存连贯分布在整个GPU裸片上,比如L3或其他最后一级缓存(LLC)。而这种设计中,这些物理资源被放置在不同的裸片上,并提供通信连接以保证其缓存连贯性。在工作过程中,内存地址请求从CPU发往一个GPU小芯片,后者与高带宽被动交联沟通以定位所需数据,因此从CPU的角度来看,仍然是在一个单独的GPU上寻址。

Intel:以小芯片打造客户2.0的芯片

芯片方案演化 / Intel Intel在去年的架构日上给出了他们在IP/SOC上的策略改变,在过去整合的单片SOC中,开发周期长达3到4年,而且在投入使用后,制造商和用户会在芯片上发现上百个Bug。而演化至多裸片的基本小芯片结构后,将GPU、CPU和IO放置在不同的裸片上,开发周期缩减至2-3年,Bug数目缩减至十数个,不仅如此,小芯片设计还可以重复使用。最后则是Intel对未来小芯片结构的展望,将不同的IP放在最优制程的小芯片上,比如内存、I/O或图形等,从IP或小芯片层面上来做验证,因此Bug数目不足十个,开发周期仅需1年。

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客户2.0方案 / Intel 这样的设计也让Intel对芯片定位有了更多的自由,比如游戏玩家需要更多的图形性能,而开发者则更渴求高算力的和强大的AI性能等。这也就是Intel设想的客户2.0愿景,通过智能感知带给消费者无缝的高性能体验。 尽管GPU一直是Intel的弱项之一,但这并不代表Intel没有在显示领域上发力。自从Intel从AMD的图形部门挖走首席架构师Raja Koduri以来,Intel就开始在独立显卡上发力。Intel于2019年末公布了超算级别的GPU,代号名为Ponte Vecchio,该GPU基于7nm工艺和小芯片威廉希尔官方网站 ,将于2021年年内安装在Aurora超级计算机上作为图形加速器使用。

小芯片的后盾:新的互联与封装威廉希尔官方网站

如果没有创新的互联与封装威廉希尔官方网站 ,小芯片设计同样是无法立足的。在小芯片的封装上,Intel已经规划好了详细的封装路线图。

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处理器封装路线图 / Intel 在Kaby Lake G处理器和Agilex FPGA上,Intel已经实现了EMIB这种2.5D的封装方式。而Intel在Lakefield系列处理器上使用的Foveros 3D封装威廉希尔官方网站 则是对EMIB的进一步补充,该威廉希尔官方网站 可将凸起高度进一步降低至50-25um,并实现接近1000 IO/mm2的密度。

Infinity架构 / AMD 但要想分解后的小芯片也能保持联通,这就是互联威廉希尔官方网站 派上用场的地方,比如AMD在Zen架构CPU中引入的Infinity Fabric。AMD将Infinity Fabric视为连接各大产品线的基石,通过第三代Infinity框架,AMD得以为CPU与GPU之间提供大带宽和低延迟的连接、统一的内存访问,提升AMD产品的结合性能并简化编程。

小结

去年的全球硬科技创新大会上,芯动科技、紫光存储等成立了中国Chiplet产业联盟,推动国内的小芯片发展。芯动科技在2020年推出了国产自主Chiplet标准INNOLINK,让庞大的数据在小芯片之间低延迟传输。

INNOLINK解决方案 / 芯动科技 至于AMD的小芯片GPU,其实如此架构可能更有可能用于未来的CDNA数据中心GPU,而不是下一代RDNA消费级GPU。因为对于消费级GPU来说,很大一部分场景是对延迟极度敏感的游戏应用,这正是小芯片GPU必须要先突破的限制,如果小芯片GPU有着SLI和CrossFire一样大的延迟的话,无疑也会淡出人们的视野。

原文标题:在小芯片CPU尝到甜头,AMD向Chiplet GPU进发!

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责任编辑:haq

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原文标题:在小芯片CPU尝到甜头,AMD向Chiplet GPU进发!

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