Может ли убийство материнских плат повысить производительность ПК?

Может ли убийство материнских плат повысить производительность ПК?

Одной из тем, к которой мы неоднократно возвращались на wfoojjaec, является сложность масштабирования производительности как в процессорах, так и в графических процессорах. Производители полупроводников по всему миру борются с этой проблемой, как и разработчики процессоров и графических процессоров. На сегодняшний день не было чудесных лекарств или простых решений этой проблемы, но компании обратились к широкому кругу альтернативных подходов, чтобы помочь им повысить базовую производительность полупроводников, включая новые типы упаковочных технологий. HBM, микросхемы и даже такие технологии, как новое 3D-соединение Intel, Foveros, - все это является частью широкой отраслевой работы по поиску новых способов подключения микросхем, а не только по их уменьшению.

Теперь пара исследователей утверждают, что пришло время сделать еще один шаг и полностью отказаться от печатной платы. В статье для IEEE Spectrum, Puneet Gupta и Subramanian S. Iyer пишут, что пришло время заменить печатные платы самим кремнием и изготовить целые системы на одной пластине. Если этот аргумент звучит знакомо, то это потому, что эта пара - два автора статьи, которую мы рассмотрели ранее в этом году, о достоинствах масштабной обработки для графических процессоров с использованием технологии межсоединений, разработанной ими, известной как Si-IF - Silicon Interconnect Fabric.

Обработка в масштабе пластины - это идея использования всей кремниевой пластины для создания одной огромной части - в данном случае, графического процессора. Работа исследовательской группы показала, что сегодня это потенциально жизнеспособный подход с точки зрения производительности, производительности и энергопотребления, с лучшими результатами, чем можно было бы ожидать от создания эквивалентного числа отдельных графических процессоров с использованием традиционных технологий производства. В статье пара отмечает множество проблем, связанных с поддержанием материнских плат в первую очередь, начиная с необходимости монтировать реальный физический чип в корпус, в 20 раз превышающий процессор. В конце концов, кристалл процессора, как правило, намного меньше, чем физическая подложка, на которой он установлен.

Диаграмма: Брэндон Паласио для IEEE Spectrum
Диаграмма: Брэндон Паласио для IEEE Spectrum

Авторы утверждают, что использование физических пакетов для микросхем (как мы это делаем, когда монтируем их на печатной плате) увеличивает расстояние между сигналами от микросхемы до микросхемы в 10 раз, создавая огромную скорость и узкое место в памяти. Это является частью проблемы с так называемой «стенкой памяти» - тактовые частоты и производительность ОЗУ росли гораздо медленнее, чем производительность ЦП, отчасти из-за необходимости подключать память на некотором физическом расстоянии от пакета ЦП. Это также является частью того, почему HBM может обеспечить такую огромную пропускную способность памяти - перемещение памяти ближе к ЦП обеспечивает гораздо более широкие пути прохождения сигнала. Упакованные чипсы также сложнее хранить в прохладном месте. Почему мы все это делаем? Потому что печатные платы этого требуют.

Но, по мнению двух исследователей, кремниевые вставки и подобные технологии в корне неверны. Вместо этого они предлагают процессоры связывания, память, аналоговые, радиочастотные и все остальные микросхемы непосредственно на плате. Вместо ударов припоя чипы использовали бы медные столбы микрометрового масштаба, размещенные непосредственно на кремниевой подложке. Порты ввода / вывода микросхемы будут напрямую связаны с подложкой с помощью термического сжатия в соединении медь-медь. Радиаторы могут быть размещены с обеих сторон Si-IF для более быстрого охлаждения продуктов, а кремний является лучшим проводником тепла, чем печатная плата.

Может ли убийство материнских плат повысить производительность ПК?

Простая сложность текущего масштабирования дает свои аргументы для изучения подобных идей. Старая мантра Закона Мура / Деннарда Скалинга «меньше, быстрее, дешевле» больше не работает. Вполне возможно, что замена печатных плат на более качественную подложку позволит существенно улучшить масштабирование производительности, по крайней мере, для определенных сценариев. Системы пластинчатого масштаба были бы слишком дорогими для установки в чьем-либо доме, но они могли бы питать серверы будущего. Такие компании, как Microsoft, Amazon и Google, делают ставку на миллиарды на идею, что следующая волна высокопроизводительных вычислений будет основана на облачных вычислениях, а гигантские компьютеры на основе пластин могут найти свой дом в промышленных базах данных. Судя по результатам тестирования GPU, которые мы рассмотрели ранее в этом году, идея, кажется, имеет смысл. На приведенном выше графике из статьи, посвященной графическому процессору, показаны требования к задержке, пропускной способности и энергии для интеграции в масштабе пластины по сравнению с традиционными методами.

Производительность - не единственная причина существования ПК

Однако важно также признать, что экосистема ПК существует не только для повышения производительности. ПК спроектированы так, чтобы быть гибкими и модульными, чтобы облегчить их использование в самых разных ситуациях. У меня более старая машина на базе X79 с ограниченным количеством портов USB 3.0. Несколько лет назад я решил дополнить этот скудный номер четырехпортовой картой USB 3.0. Если мой графический процессор нуждается в обновлении, я обновляю его - я не покупаю совершенно новую систему. Если моя материнская плата выходит из строя, я могу теоретически переключиться на другую плату. Сбой ОЗУ означает выбрасывание палки DDR3 и установку новой, а не оптовую замену деталей. Такая гибкость подхода является одной из причин того, почему стоимость ПК снизилась, и почему платформу можно использовать для решения столь многих различных задач.

Авторы делают похвальную работу по выявлению как сильных, так и слабых сторон применения их решения Si-IF для производства полупроводников, и эта статья, хотя и длинная, абсолютно заслуживает прочтения. Они отмечают, что компаниям необходимо проектировать избыточные системы на уровне пластин, чтобы гарантировать, что любые сбои на месте были сведены к абсолютному минимуму. Но в настоящий момент вся полупроводниковая промышленность более или менее ориентирована в противоположном направлении от идеи, подобной этой. Например, все еще можно было бы купить систему с процессорами AMD и Nvidia, но это будет зависеть от беспрецедентного сотрудничества между литейным цехом клиентов (TSMC, Samsung или GlobalFoundries) и двумя разными клиентами.

Я подозреваю, что мы могли бы видеть компании, изучающие этот тип сборки в долгосрочной перспективе, но я бы не ожидал, что когда-нибудь заменит более традиционную экосистему ПК. Преимущества возможности обновления и гибкости огромны, так же как и экономия от масштаба, которую эти возможности создают вместе. Но крупные поставщики центров обработки данных могут выбрать этот подход в долгосрочной перспективе, если он даст результаты. Закон Мура сам по себе не дает ответов, которые ищут компании. Избавиться от материнских плат - это радикальная идея, но если это работает и когда-либо может быть сделано по доступной цене, кто-то, вероятно, попытается сделать это.

Читать далее

Цены на GPU и материнские платы вырастут из-за торговой войны между США и Китаем
Цены на GPU и материнские платы вырастут из-за торговой войны между США и Китаем

Цены на графические процессоры Asus и других производителей стремительно растут, поскольку срок действия тарифных льгот истек.

AMD выводит на рынок 8-канальные материнские платы Threadripper Pro
AMD выводит на рынок 8-канальные материнские платы Threadripper Pro

AMD выводит семейство 8-канальных Threadripper Pro на розничный рынок после того, как ранее ограничило их доступ только к OEM-производителям.

Некоторые материнские платы Ryzen с более старыми прошивками не загрузятся с APU Ryzen
Некоторые материнские платы Ryzen с более старыми прошивками не загрузятся с APU Ryzen

Новый AMD Ryzen 5 2400G - отличный чип, но если вы его покупаете, убедитесь, что материнская плата, которую вы покупаете, будет совместима в первую очередь.

Модеристы находят способ сбросить процессоры Coffee Lake в Intel Skylake, материнские платы Kaby Lake
Модеристы находят способ сбросить процессоры Coffee Lake в Intel Skylake, материнские платы Kaby Lake

Модеристы нашли способ взломать предыдущую материнскую плату UEFI и установить Coffee Lake на материнские платы, изначально не предназначенные для этого. Впечатляющая работа.