Single-Chip-Prozessoren an ihren Grenzen

Ankündigungen von Apple und Nvidia unterstreichen nochmals, dass Chiplets die Zukunft bestimmen werden, aber die Verbindungen bleiben ein Schlachtfeld.

Apple überraschte erneut Enthusiasten und Analysten mit der Ankündigung des M1 Ultra, einer Variante des M1 Max, die zwei Chips zu einem einzigen verschmilzt. Das Ergebnis ist ein Dual-Chip-Design, das von der Software als ein einziges Stück Silizium betrachtet wird. Nvidia verkündete ähnliche Neuigkeiten auf der GPU Technology Conference 2022, wo CEO Jensen Huang ankündigte, dass das Unternehmen zwei der neuen Grace-CPU-Prozessoren zu einem einzigen „Superchip“ verschmelzen werde.

Das Ziel

Diese Ankündigungen zielen auf unterschiedliche Märkte ab. Apple hat die Welt der privaten und professionellen Workstations im Visier, während Nvidia im Bereich der Hochleistungsrechner konkurrieren will. Die unterschiedlichen Zielsetzungen unterstreichen jedoch nur, dass die Ära des monolithischen Chipdesigns bald zu Ende sein wird. Über den Bob Casino Login kann man sich zwischenzeitlich über kurze Ladezeiten und hohe Auflösung freuen.

Das Multichip-Design ist nicht neu, aber die Idee hat in den letzten fünf Jahren stark an Popularität gewonnen. AMD, Apple, Intel und Nvidia haben sich alle in unterschiedlichem Maße daran versucht. AMD hat das Chiplet-Design mit seinen EPYC- und RYZEN-Prozessoren verfolgt. Intel plant, mit Sapphire Rapids nachzuziehen, einer kommenden Architektur für den Servermarkt, die auf der Verwendung von Chiplets, den so genannten „Tiles“, basiert. Jetzt sind auch Apple und Nvidia auf den Zug aufgesprungen – wenn auch mit Designs, die auf ganz andere Märkte abzielen.

Die Verlagerung hin zum Multichip-Design wird durch die Herausforderungen der modernen Chip-Herstellung vorangetrieben. Die Miniaturisierung der Transistoren hat sich verlangsamt, doch das Wachstum der Transistoranzahl in den Spitzenmodellen zeigt keine Anzeichen einer Verlangsamung.

Der M1 Chip

Der M1 Ultra von Apple hat 114 Milliarden Transistoren und eine Chipfläche (oder Fertigungsfläche) von etwa 860 Quadratmillimetern (eine offizielle Zahl für den M1 Ultra ist nicht verfügbar, aber ein einzelner M1 Max Chip hat eine Chipfläche von 432 mm2). Die Anzahl der Transistoren der Grace-CPU von Nvidia ist noch geheim, aber die zusammen mit der Grace-CPU angekündigte Hopper H100 GPU umfasst 80 Milliarden Transistoren. Zum Vergleich: Der 64-Kern-Prozessor EYPC Rome von AMD, der 2019 auf den Markt kommt, hat 39,5 Milliarden Transistoren.

Transistorzahlen in dieser Größenordnung treiben die moderne Chip-Produktion an ihre Grenzen und machen das Multichip-Design attraktiver. Abgesehen von Cerebras, einem Startup-Unternehmen, das versucht, Chips zu bauen, die sich über die gesamte Fläche eines Siliziumwafers erstrecken, scheint sich die Chipindustrie einig zu sein, dass monolithisches Design mehr Mühe macht, als es wert ist.

Diese Verlagerung hin zu Chiplets hat mit der Unterstützung der Hersteller stattgefunden. Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. ist führend und bietet eine Reihe von fortschrittlichen Gehäusen namens 3DFabric an. Technologien, die unter das Dach von 3DFabric fallen, werden von AMD in einigen EPYC- und RYZEN-Prozessoren verwendet und werden mit ziemlicher Sicherheit von Apple für den M1 Ultra eingesetzt (Apple hat dies nicht bestätigt, aber der M1 Ultra wird von TSMC hergestellt). Intel hat seine eigenen Gehäusetechnologien, wie EMIB und Foveros. Obwohl sie ursprünglich für Intels eigenen Gebrauch gedacht war, wird die Chip-Herstellungstechnologie des Unternehmens mit der Eröffnung der Intel Foundry Services für die breitere Industrie relevant.

Der Standard

Chiplets werden sich durchsetzen, aber im Moment ist es noch eine Welt der Insellösungen. AMD, Apple, Intel und Nvidia verwenden ihre eigenen Verbindungsdesigns, die für bestimmte Gehäusetechnologien gedacht sind.

Universal Chiplet Interconnection Express hofft, die Branche zusammenzubringen. Dieser am 2. März 2022 angekündigte offene Standard bietet ein 2D-Standardpaket, das auf eine kosteneffiziente Leistung abzielt, und ein fortschrittliches Paket, das auf Spitzendesigns ausgerichtet ist. UCIe unterstützt auch Verbindungen außerhalb des Gehäuses über PCIe und CXL, was die Möglichkeit eröffnet, mehrere Chips über mehrere Maschinen in einer Hochleistungs-Rechenumgebung zu verbinden.

Aber obwohl das Schicksal von Verbindungen wie UCIe und NVLink-C2C die Spielregeln bestimmen wird, ist es unwahrscheinlich, dass sie das Spiel, das gespielt wird, ändern. Apples M1 Ultra könnte als der Kanarienvogel in der Kohlenmine betrachtet werden. Multichip-Design ist nicht mehr nur Rechenzentren vorbehalten, sondern kommt jetzt auch auf den Heimcomputer in Ihrer Nähe.