Η σχεδίαση επεξεργαστών αλλάζει καθώς οι νόμοι που τη διέπουν εξαντλούνται

Πόσο προετοιμασμένοι είμαστε για να αντιμετωπίσουμε τις επερχόμενες προκλήσεις στο σχεδιασμό επεξεργατών;

Ο νόμος του Dennard έχει φύγει, ο νόμος του Amdahl αγγίζει τα όριά του και ο νόμος του Moore γίνεται δύσκολος και ακριβός να ακολουθηθεί, ιδιαίτερα καθώς μειώνονται τα οφέλη ισχύος και απόδοσης. Και ενώ τίποτα από αυτά δεν έχει μειώσει τις δυνατότητες για πολύ πιο γρήγορους, χαμηλότερης ισχύος επεξεργαστές, έχει αλλάξει σημαντικά τη δυναμική για το σχεδιασμό και την κατασκευή τους.

Αντί για διαφορετικούς κόμβους διεργασίας και half nodes, οι εταιρείες που αναπτύσσουν επεξεργαστές, τώρα παλεύουν με περισσότερες επιλογές και πιο μοναδικές προκλήσεις καθώς αναζητούν βέλτιστες λύσεις για συγκεκριμένες εφαρμογές. Και όλα απαιτούν περισσότερα από το οικοσύστημα της EDA (Electronic Design Automation), το οποίο αγωνίζεται να συμβαδίσει με αυτές τις αλλαγές, συμπεριλαμβανομένων διαφόρων τύπων προηγμένων συσκευασιών, chiplet και ζήτηση για ενσωματωμένο και προσαρμοσμένο υλικό και λογισμικό.

«Ενώ η ετερογενής ολοκλήρωση προηγείται του τέλους του νόμου του Dennard ή της ισοπέδωσης του νόμου του Moore για αρκετά χρόνια, οι σχεδιαστές επεξεργαστών και οι αρχιτέκτονες συστημάτων ενστερνίζονται αυτό το παράδειγμα τώρα για να διατηρήσουν την επιδίωξή τους των στόχων PPA — χωρίς εμπειρικούς νόμους και τα παράγωγά τους», δήλωσε ο Saugat Sen, πρόεδρος Πρόεδρος Έρευνας και Ανάπτυξης στο Cadence. «Ενώ υπάρχουν πολλές αρχιτεκτονικές και σχεδιαστικές προκλήσεις σε αυτήν την εποχή, η αντιμετώπιση των θερμικών ανησυχιών ανεβαίνει στην κορυφή. Η αποτελεσματικότητα στο σχεδιασμό και την υλοποίηση έχει συνδεθεί περίπλοκα εδώ και λίγο καιρό με την ενσωμάτωση κλειστού βρόχου με αναλύσεις πολλαπλών φυσικών. Το More-than-Moore έχει δημιουργήσει μια συναρπαστική περίπτωση για τον μικρόκοσμο υλοποίησης-αναλύσεων να ξεπεράσει τα τις δυνατότητες του σχεδιασμού του συστήματος, από το πυρίτιο στη συσκευασία, και ακόμη περισσότερο, και περισσότερο στις εταιρείες συστημάτων που βρίσκονται στην αιχμή της καινοτομίας σχεδιασμού.»

Καθώς οι κατασκευαστές τσιπ μετακινούνται από τις μονολιθικές σε λύσεις πολλαπλών επιπέδων, προκύπτουν νέες και θεμελιώδεις προκλήσεις που θα απαιτήσουν καινοτόμες λύσεις. Αλλά αυτό απαιτεί μια ουσιαστική αλλαγή στο σχεδιασμό των ημιαγωγών. Ο Jacobi της IBM υποστηρίζει ότι το οικοσύστημα ημιαγωγών δεν έχει καταλάβει πλήρως τι θα σημαίνει πραγματικά το τέλος της κλιμάκωσης του Dennard. «Θα οδηγήσει στην καινοτομία και θα οδηγήσει σε άλλες αλλαγές. Οι σχεδιαστές υπολογιστών πρόκειται να συνεισφέρουν περισσότερο, ανακαλύπτοντας πώς πρέπει να λειτουργούν τα πράγματα σε αυτόν τον κόσμο, όπου δεν μπορούμε να εκμεταλλευτούμε την αξία που δημιουργήθηκε τα τελευταία 20 ή 30 χρόνια που προήλθε από την κλιμάκωση του νόμου του Moore και του Dennard. Αυτή η τάση αλλάζει και το επάγγελμα του σχεδιαστή υπολογιστών γίνεται ακόμη πιο σημαντικό από ό,τι ήταν παλιά».