اینتل از پروژه جاه‌طلبانه Client 2.0 برای تولید تراشه با طراحی چیپلت می‌گوید
یکی از مهم‌ترین اخبار Architecture Day 2020 اینتل، در بخش‌های پایانی مراسم اعلام شد؛ جایی که اینتل به‌صورت خلاصه در عرض چند دقیقه گفت چه آینده‌ای برای برخی محصولاتش متصور می‌شود. بریجش تیپاتهی، قائم‌مقام و مدیر ارشد فناوری گروه Client Computing اینتل، در اواخر برگزاری مراسم مهم Architecture Day 2020 روی صحنه حاضر شد و چشم‌انداز اینتل را برای محصولات این واحد تجاری در دوران بعد از سال ۲۰۲۴ اعلام کرد. حرف‌های قائم‌مقام گروه Client Computin در اینتل بیشتر روی لیتوگرافی (نود پردازشی) هفت‌نانومتر پلاس شرکت متمرکز بود. او گفت تیم آبی در برنامه‌ای بلندت‌مدت به‌دنبال پیاده‌سازی پروژه‌ای جدید تحت عنوان Client 2.0 است. بریجش تیپاتهی از Client 2.0 به‌عنوان راهی جدید برای ارائه و فراهم‌سازی تجربه‌های همه‌جانبه ازطریق استراتژی جدید و بهینه‌شده برای توسعه‌ی تراشه یاد میکند.
مفهوم چیپلت در دنیای تراشهها چیز جدیدی نیست؛ به‌خصوص با درنظرگرفتن این حقیقت که رقبای اینتل نیز به منابع و زیرساخت‌های لازم برای تولید چیپلت دسترسی پیدا کرده‌اند. به‌علاوه هرچه زمان می‌گذرد، وارد دورانی می‌شویم که توسعه‌ی لیتوگرافی‌های جدید به کار سخت‌تری تبدیل می‌شود. چیپلت امکان کاهش مدت‌زمان ارائه‌به‌بازار (TTM به‌معنی زمان آغاز طراحی محصول تا عرضه‌ی آن به بازار) می‌شود. چیپلت مزیت‌های مهم دیگری هم دارد، برای مثال به‌لطف چیپلت سود و بازدهی محصولات نیز افزایش پیدا میکند.
کلید اصلی ماجرا این است که چگونه می‌توان تراشهها را کنار یکدیگر قرار داد؟ به‌علاوه مهندسین شرکت‌های تولید تراشه باید بدانند بهترین موقع برای کنار‌هم‌قرار‌دادن تراشه‌های به‌هم‌مرتبط، چه زمانی است. اینتل پیش‌تر به‌صورت عمومی‌تر درباره‌ی این ماجرا حرف زده است (به‌طور دقیق‌تر در جریان برگزاری مراسم Technology and Manufacturing Day 2017). جزئیات مربوط به گفته‌های اینتل در آن روزها را می‌توانید در تصویر زیر مشاهده کنید:
هدف اصلی اینتل این است که با انجام آزمایش‌های مختلف بفهمد کدام نودهای پردازشی برای بخش‌های مختلف تراشه مفید هستند و بیشترین بازدهی را ارائه می‌دهند. به‌نظر می‌رسد اینتل پس از مدت‌ها، سرانجام برای لیتوگرافی هفت نانومتری به‌فکر این رویکرد جدید افتاده است. در مراسم Architecture Day 2020، بریجش تیپاتهی اسلاید زیر را با رسانه‌ها به‌اشتراک گذاشت:
در سمت چپ اسلاید بالا، تراشه‌ای با طراحی معمولی را مشاهده می‌کنید؛ تراشه‌ای یکپارچه که برای اهدافی خاص طراحی شده و توانایی دستیابی به آنها را دارد. برای محصولات رده‌بالا و نوآورانه‌ی اینتل، توسعه‌ی این تراشهها بین سه تا چهار سال طول می‌کشد. به‌علاوه تراشه‌های تولیدشده همواره دارای برخی نقص‌ها هستند که شماری از آنها به‌صورت داخلی توسط خود اینتل کشف می‌شوند و سپس شرکای تجاری اینتل هم برخی نقص‌ها را مشخص می‌کنند.
در بخش میانی اسلاید بالا، شاهد چینش ساده‌ی چیپلت هستید که به اسلاید منتشرشده در سال ۲۰۱۷ شباهت دارد. در طراحی چیپلت، بخش‌های دای (Die) که دارای عملکرد متفاوت هستند، در ماژول‌هایی جداگانه قرار گرفته‌اند و شاهد طراحی یکپارچه نیستیم. با فرض اینکه بین ماژول‌های مختلف تراشه به‌صورت مداوم ارتباط وجود داشته باشد، از برخی المان‌های تراشه استفاده‌ی مجدد می‌شود؛ برای مثال AMD از یک نوع دای پردازشی برای تراشه‌های معمولی و تراشه‌های سرور استفاده میکند. برخی از شرکت‌های حوزه‌ی تجهیزات نیمه‌هادی (به‌جز اینتل) به چنین رویکردی در طراحی دست پیدا کرده‌اند و امروزه آن را به‌شکل انبوه تولید می‌کنند.
تصویر سمت راست اسلاید، آینده‌ی است که اینتل آن را برای خودش تصور میکند. در طراحی وسط، شمار ماژول‌های روی تراشه، عددی یک‌رقمی است. اینتل به‌جای استفاده از ماژول‌هایی که تعدادشان از یک رقم فراتر نمی‌رود، دنیایی را برای خودش ترسیم کرده که در آن می‌توان هر IP را به چندین چیپلت مجزا تبدیل کرد. این نوع طراحی باعث می‌شود بتوان محصول نهایی را بنابه نیاز بازار، با پیکربندی‌های متفاوت و متنوع ساخت. در این مثال، یکی از چیپلت‌ها ممکن است لینک PCIe 4.0 x16 باشد؛ اگر محصول نهایی به PCIe 4.0 x16 بیشتر نیاز داشته باشد، به‌سادگی می‌توان چیپلت‌های بیشتر را به تراشه اضافه کرد.
این گفته برای کانال‌های حافظه، شمار هسته‌ها، قطعه‌های شتاب‌دهنده‌ی سخت‌افزاری، شتاب‌دهندگان هوش مصنوعی، موتورهای رهگیری پرتو (Ray Tracing)، شتاب‌دهندگان رمزنگاری، واحدهای پردازش گرافیکی و حتی SRAM و بلوک‌های کش صدق میکند. اینتل واقعا پروژه‌ای جاه‌طلبانه در سر می‌پروراند. ایده‌ی اصلی اینتل این است که بتوان هر IP را به ماژول‌های مجزا تبدیل کرد و درصورت نیاز، از واحدهای بیشتری از آن IP بهره گرفت. این نوع رویکرد در طراحی باعث می‌شود با چیپلت‌هایی کوچک‌تر از آنچه امروز وجود دارد سروکار داشته باشیم. کوچک بودن چیپلت‌ها بدین معنی است که می‌توان آنها را در زمان نسبتا سریع‌تری تولید کرد و همچنین پیدا کردن نقص‌های آنها در زمانی سریع‌تر انجام می‌گیرد. اینتل می‌گوید توسعه‌ی این نوع تراشه‌های جدید یک سال طول می‌کشد.
در تصویر بالا، می‌توانید با جزئیات بیشتر اهداف بلندمدت اینتل برای پروژه‌ی Client 2.0 را مشاهده کنید. در این تصویر شاهد یک اینترپوزر ساده با حافظه‌ی درون‌بسته‌ای هستیم (که می‌تواند L3 یا L4 باشد)؛ این حافظه‌ی درون‌بسته‌ای می‌تواند به‌عنوان کش SRAM اصلی برای کل دای فعالیت کند. روی این بخش از اینترپوزر، شاهد استفاده از ۲۴ چیپلت متفاوت هستیم. این چیپلت‌ها می‌توانند واحد گرافیکی، هسته‌های پردازشی، موتورهای هوش مصنوعی، واحد IO یا هر چیز دیگری که فکرش را بکنید باشند.
نکته‌ی اصلی ماجرا این است که می‌توان براساس اهداف متفاوت، پیکربندی تراشه را تغییر داد. فردی که در حوزه‌ی تولید محتوا فعالیت میکند، به تراشه‌ای نیاز دارد که بین قدرت پردازشی گرافیکی و قدرت پردازشی عادی‌اش تعادل مناسبی وجود داشته باشد؛ این درحالی است که گیمر به‌طور ویژه و مطلق روی قدرت گرافیکی تراشه متمرکز خواهد بود. دستگاهی که در دسته‌ی ورک‌استیشن‌های شرکتی جای می‌گیرد ممکن است به واحد گرافیکی کمتر نیاز داشته باشد و بخواهند بخش بیشتر تراشه صرف چیپلت‌های پردازشی و هوش مصنوعی شود. ازطرفی، نسخه‌‌ای از تراشه که مخصوص دستگاه‌های قابل‌حمل است باید به‌شکل ویژه روی واحدهای IO سرمایه‌گذاری کند.
البته دستیابی به هدفی که اینتل در سر می‌پرواند ساده نیست و برخی چالش‌ها به‌همراه می‌آورد. یکی از اصلی‌ترین مواردی که نباید فراموش کنیم این است که هرگونه ارتباط بین چیپلت‌ها به انرژی بیشتری نسبت‌به تراشه‌های یکپارچه نیاز دارد و به‌طور معمول تأخیر هم بالا می‌رود. اینتل باید بتواند دمای ناشی از فعالیت چیپلت‌ها را نیز به‌خوبی مدیریت کند؛ بنابراین خود گرما نیز محدودیتی جداگانه است که روی قدرت نهایی ارائه‌شده توسط چیپلت‌ها اثر می‌گذارد. ضخامت دستگاه‌های قابل‌حمل، استفاده از تراشه‌هایی را که متشکل‌از چندین ماژول متفاوت و متعدد هستند سخت میکند. بااین‌حال طراحی اینتل مزیت‌های متنوعی دارد. در این نوع تراشه، هنگام انجام کاری خاص صرفا از واحد پردازشی‌ای که به آن نیاز دارید استفاده می‌کنید. به‌علاوه این نوع طراحی امکان استفاده‌ی سریع‌تر از IPهای متفرقه را در تراشه فراهم میکند.
اینتل تاکنون به‌طور دقیق نگفته است که چگونه می‌خواهد چیپلت‌های فراوان روی تراشه را به‌یکدیگر متصل نگه دارد. طراحی‌های چیپلت متکی‌بر پروتکل‌های ارتباطی پرسرعت و بسیار پیچیده هستند که عموما پروتکل‌هایی سفارشی محسوب می‌شوند. پروتکل‌های فعلی اینتل برای برقراری ارتباط بین دای‌های مختلف، یا پروتکل‌های ساده‌ی حافظه هستند یا افزونه‌های FPGA. با کمی آینده‌نگری می‌توانیم به گزینه‌هایی همچون CXL فکر کنیم؛ بااین‌حال این را هم باید در نظر گرفت که CXL فعلی برپایه‌ی PCIe تولید شده است. این یعنی برای یکایک چیپلت‌ها به کنترلر ویژه‌ای نیاز است که قطعا برای کار کردن به انرژی بیشتر نیاز دارد.
اینتل تاکنون بارها گفته است که قصد دارد با استفاده از روش‌های پکیجینگ جدید، برخی محدودیت‌ها را کنار بزند. البته درحال‌حاضر هیچ‌گونه جزئیات دقیقی درباره‌ی این روش‌های جدید نمی‌دانیم. فعلا از پروژه‌ی جدید اینتل با نام Client 2.0 یاد می‌شود، اما احتمالا در آینده نام تجاری بهتری برای آن انتخاب خواهد شد.
