Η επόμενη γενιά των επεξεργαστών θα μοιάζει με… παζλ

Ο κλάδος των ημιαγωγών, των chips και των επεξεργαστών εκτιμάται ότι έφθασε σε αξία τα 600 δισ. δολάρια το 2022. Σύμφωνα με όσα ανέφερε στην πρόσφατη εκδήλωση Atoms to Algos ο Κώστας Μάλλιος, αντιπρόεδρος της Applied Materials, εκ των μεγαλύτερων εταιρειών παγκοσμίως στον ευρύτερο χώρο του κλάδου των ημιαγωγών, η συγκεκριμένη αγορά θα φθάσει στο 1 τρισ. δολάρια μέχρι το 2030. Ο λόγος είναι ότι τα chips και οι επεξεργαστές βρίσκονται πλέον κυριολεκτικά παντού. Πέραν των ηλεκτρονικών συσκευών, όλες οι ηλεκτρικές συσκευές έχουν πολλαπλά chips, τα οχήματα κάθε είδους έχουν πληθώρα επεξεργαστών και γενικότερα με τους αισθητήρες να πολλαπλασιάζονται και τα πάντα να διασυνδέονται, οι ημιαγωγοί και οι επεξεργαστές θα γίνονται όλο και πιο απαραίτητοι.

Στο παρελθόν, οι κατασκευαστές ημιαγωγών επεδίωκαν να δημιουργούν μικρότερου μεγέθους επεξεργαστές με πολλαπλάσια επεξεργαστική ισχύ ακολουθώντας τον περίφημο νόμο του Moore. Σύμφωνα με αυτόν, ο αριθμός των τρανζίστορ μέσα σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα θα διπλασιάζεται κάθε δύο χρόνια, αυξάνοντας με αυτό τον τρόπο την επεξεργαστική ισχύ. Όσον αφορά στο μέγεθος, το 2022 έγινε εφικτή η κατασκευή επεξεργαστών στα 3 νανόμετρα (σ.σ. αν και τα περισσότερα chips παράγονται στα 7 και 10 νανόμετρα), ενώ το 2024 αναμένεται να πέσουμε στα 2 νανόμετρα, το οποίο αποτελεί και ένα φυσικό όριο.

Επιπλέον, τα τελευταία 15 χρόνια χρησιμοποιείται εκτενώς το μοντέλο του system on a chip (SoC). Προκειμένου να μειώσουν το μέγεθος των ψηφιακών συσκευών, οι κατασκευαστές ενσωματώνουν σε ένα κομμάτι σιλικόνης πολλαπλούς ημιαγωγούς και επεξεργαστές που αναλαμβάνουν διάφορες εργασίες πέραν της επεξεργασίας δεδομένων, όπως είναι τα γραφικά, ο ήχος, η αποθήκευση δεδομένων κ.ά.

Το πρόβλημα είναι ότι οι νόμοι της φυσικής θέτουν κάποια όρια. Και γι’ αυτό η NVIDIA υποστηρίζει από πέρσι ότι ο νόμος του Moore δεν μπορεί πλέον να ισχύει. Αυτό ανέφερε και στο Atoms to Algos, ο Πολυχρόνης Ξεκαλάκης, chief architect στην NVIDIA, σπεύδοντας να αναφερθεί στα chiplets και στη σημασία αυτών.

Ουσιαστικά, το chiplet είναι ένα κομμάτι ενός SoC, δηλαδή ένας μικρός ημιαγωγός που αναλαμβάνει μία συγκεκριμένη εργασία. Η διαφορά είναι ότι με τα chiplets είναι εφικτό να δημιουργεί ένας κατασκευαστής διαφορετικά SoC αλλάζοντας απλά τα chiplets. «Οι παραδοσιακές μέθοδοι επίτευξης επιδόσεων επιβραδύνονται. Η κάθετη ολοκλήρωση παρέχει σημαντικά οφέλη σε όσους είναι σε θέση να κάνουν την επένδυση, δίνονται πολλές νέες ευκαιρίες για την αντιμετώπιση πολύπλοκων προβλημάτων μηχανικής. Παράλληλα είναι αποτελεσματικότερη η δημιουργία πλατφορμών και όχι μόνο υλικού» ήταν η χαρακτηριστική αναφορά του κ. Ξεκαλάκη.

Ένα από τα μεγάλα πλεονεκτήματα των chiplets είναι ότι κάνουν πιο εύκολο τη δημιουργία chips που θα χρησιμοποιούνται σε εξειδικευμένες εργασίες, ενώ είναι σημαντική και η δυνατότητα να αναβαθμίσεις ένα chip ή ένα SoC για άλλες πιο απαιτητικές ή διαφορετικές φύσεως εργασίες. Αυτό θεωρείται ιδιαίτερα σημαντικό στην εποχή της τεχνητής νοημοσύνης καθώς το ΑΙ και τα μοντέλα που χρησιμοποιούνται σε τέτοιου είδους εφαρμογές έχουν ιδιαίτερες απαιτήσεις. Και με τα chiplets είναι πιο εύκολο η παραγωγή εξειδικευμένων chips καθώς ορισμένα τμήματα θα υπάρχουν ήδη και ενδεχομένως το μόνο που θα απαιτείται είναι να τοποθετήσεις διαφορετικά chiplets πάνω στο ίδιο κομμάτι hardware!

Επίσης, πολλοί αναλυτές υποστηρίζουν ότι με αυτή την αρχιτεκτονική παραγωγής μπορεί να μειωθεί σημαντικά και η κατανάλωση ενέργειας που αποτελεί ένα από τα μεγαλύτερα ζητούμενα από όλους όσους εμπλέκονται στο συγκεκριμένο χώρο. Όπως είναι σημαντικό ότι με τα chiplets μπορεί να περιοριστεί ο κίνδυνος να εμφανιστούν και πάλι φαινόμενα έλλειψης επεξεργαστών και ημιαγωγών όπως αυτά που υπήρξαν τα τελευταία χρόνια λόγω των επιπτώσεων της πανδημίας της COVID-19 στην παραγωγική διαδικασία.