Идея waferscale-процессоров наделала много шума в 80-х годах прошлого века, но оказалась забытой на десятилетия из-за сложности производства. Сегодня технологию вновь пытаются развивать. Рассказываем, кто работает в этой области.
Что такое waferscale
При производстве современных процессоров кремниевая подложка распиливается на элементарные кристаллы, из которых потом собирается чип. Технология waferscale (WSI) подразумевает создание процессоров (как CPU, так и GPU) на единой полупроводниковой пластине. Такой подход увеличивает производительность системы: компоненты размещаются ближе, поэтому данные передаются быстрее.
В 1970-х и 1980-х годах технологию WSI предлагали использовать для создания чипов для суперкомпьютеров. Однако от этой идеи было решено отказаться — при производстве в чипах возникало слишком много дефектов.
Например, в этой сфере работал стартап Trilogy Systems, который тогда стал самым финансируемым в Кремниевой долине — он получил $230 млн инвестиций. Но компании так и не удалось сформировать надежный техпроцесс. В 1985 году Trilogy прекратила исследования в области WSI и обанкротилась, что отрицательно сказалось на репутации waferscale-процессоров в целом.
Только недавно о WSI снова заговорили как о перспективном направлении. К примеру, ожидается, что такие устройства помогут повысить производительность ИТ-инфраструктуры в дата-центрах. Интерфейсы для передачи данных между компонентами сервера часто оказываются «бутылочным горлышком». Waferscale-системы, за счет размещения части компонентов на одной подложке, могут помочь решить проблему пропускной способности.
Кто развивает технологию
Организациями, развивающими waterscale-процессоры сегодня, являются Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе и Иллинойсский университет в Урбане-Шампейне. В начале февраля этого года сотрудники вузов предложили создать систему, которая объединит на одной кремниевой десятки графических процессоров. Проект получил название Silicon Interconnect Fabric, или Si-IF.
Инженерам удалось создать два прототипа на 24 и на 40 GPU. Разработчики провели сравнительные тесты с классическими устройствами (с аналогичным числом вычислительных модулей) — производительность Si-IF-устройств оказалась выше в 2,5–5 раз. Потенциально технология может ускорить работу серверов на базе графических процессоров в дата-центрах.
Waferscale-процессорами с 2012 года занимается и тайваньский производитель TSMC. Их технология называется CoWoS — «чип на пластине на подложке». На кремниевом мосту (interposer) размещаются GPU и память, FPGA и память или сетевые контроллеры. Затем мост устанавливается на монтажную плату и «упаковывается» как обычный процессор. Решение уже используется в реальных устройствах, например графических чипах Nvidia серии Volta.
Также разработкой технологии занимаются инженеры в рамках проекта WIPE, который входит в европейскую инициативу по созданию инновационных решений Horizon 2020. В составе WIPE семь участников, среди которых — IBM, бельгийский центр микроэлектроники iMinds и ряд исследовательских институтов.
/ фото Enrique Jiménez CC BY-SA
Организация предлагает создать процессор для работы с оптоволоконными сетями. В нем модуль для преобразования оптического сигнала в электрический будет расположен над кремниевой пластиной с чипами и связан с ней напрямую через металлические контакты. Исследователи ожидают, что такая архитектура будет потреблять меньше энергии и работать быстрее, чем традиционные системы с раздельными трансиверами и процессорами.
Каковы перспективы
Эксперты ожидают, что развитие WSI-процессоров поможет дата-центрам увеличить мощность серверов для ресурсоемких задач, например обучения нейросетей. По некоторым данным, над waferscale-процессором для машинного обучения уже работает стартап Cerebras — хотя сама компания скрывает подробности разработки.
Ещё одно преимущество WSI — простота управления. Для операционных систем и других программ waferscale-устройства выглядят не как несколько отдельных процессоров, а, например, как один большой GPU. Это упрощает работу программистов и системных администраторов, которым не нужно по отдельности настраивать каждый модуль waferscale-системы.
Но у waferscale-процессоров есть и ограничение, которое делает сложным масштабирование ИТ-инфраструктуры. Системы питания в WSI-чипах требуют установки регуляторов напряжения. Эти блоки занимают место, на котором можно было бы разместить дополнительные вычислительные модули. Ещё одно ограничение для waferscale-процессоров связано с охлаждением устройств. Высокая плотность модулей на чипе усложняет отведение тепла.
Но по мнению специалистов, эти проблемы преодолимы и сейчас для возрождения WSI настало подходящее время. С 1980-х технологии производства процессоров стали более совершенными, количество дефектов сократилось. Поэтому можно ожидать, что в ближайшее время будет появляться все больше проектов, посвященных разработке waferscale-устройств.
О чем мы пишем в корпоративном блоге:
- Как IaaS помогает развивать бизнес: три задачи, которые решит облако
- Что скрывается за термином vCloud Director – взгляд изнутри
- Распределенный брандмауэр в vCloud Director 8.20: особенности решения
И в Telegram-канале:
- Облачные хранилища — какими они бывают?
- Узнать за 60 секунд: что такое конвергентная и гиперконвергентная инфраструктура
- 5 инструментов для управления облаком
Автор: it_man
