Včera jsme se zastavili u materiálu, ze kterého budou po dalších alespoň 7-10 let vyráběné procesory (pokud jste jej nečetli, prozradím, že to bude křemík) a dnes se zaměříme na to, jak budou tyto procesory vypadat, jakým směrem zamíří. Už ve včerejším článku bylo zmíněno, že plány AMD v podstatě definuje situace s výrobními procesy.

U těch nejprve přestaly růst taktovací frekvence (takty současných procesorů AMD jsou na podobné úrovni, jako takty 90nm Pentia 4 před 14 lety a takty současných procesorů Intelu jsou na podobné úrovni, jako takty 32nm FX-9000 před 6 lety). To vedlo k paralelizaci. Následně se cykly nových procesů začaly prodlužovat a posuny jejich možností snižovat. Tím možnosti paralelizace narazily na zeď v podobě maximální plochy křemíkového monolitu  zhruba 600 mm², případně až 700 mm², pokud je výtěžnost dobrá a proces umožňuje výrobu větších jader.

…z konference o rýžovém oleji a plynových superpočítačích ;-)

Právě tento problém AMD aktuálně řeší (respektive již vyřešila a my za pár měsíců uvidíme výsledek) nasazením čipletů, tedy rozdělením CPU na menší části, které lze vyrábět samostatně a pak je v rámci jednoho pouzdra propojit ve funkční procesor. Podle Forresta Norroda z AMD tento krok AMD umožnil zvýšit plochu křemíku určenou pro jeden socket z oněch 600-700 mm² na více než 1000 mm². Toto „více než 1000 mm²“, jak již víme, odpovídá právě 7nm 64jádrovému procesoru Epyc generace Rome, u kterého je použito osm (odhadem) 78mm² 7nm čipletů a centrální (odhadem) 435mm² 14nm čiplet, což dohromady dává plochu kolem 1060 mm².

Čipletové řešení umožnil vývoj sběrnice, která vše dokáže funkčním způsobem propojit. Norrod ale upozornil, že tím je plocha pouzdra, které není příliš menší než iPhone první generace, prakticky vyčerpána. Asi by se dalo počítat s mírně vyšší plochou jednotlivých čipletů, ale spíš si myslím, že Norrod naráží na fakt, že by se na pouzdro nevešel již například dvojnásobek čipletů pro další zdvojnásobení počtu jader nebo nějaké akcelerátory či paměťové čipy navíc.

Výhodou však zůstává, že mezigeneračně lze obměňovat pouze určitou část CPU. Pokud bude vyvinut např. Zen 3, lze ponechat stávající centrální 14nm čiplet a aktualizovat pouze 7nm čiplety ze Zen 2 na Zen 3. A naopak když vznikne pouze potřeba implementace nově standardizovaných rozhraní, nebude potřeba čekat, až bude hotová příští generace architektury procesorových jader, ale bude možná nahradit pouze 14nm čiplet.

S počtem jader a rostoucím výkonem stoupají nároky na paměťové přenosy. To AMD řešila vyšším počtem paměťových kanálů, ale tento potenciál je vyčerpán. S ohledem na to i s ohledem na poptávku v segmentu pracuje společnost na nových konceptech implementace paměti, přičemž pro kratší časový horizont půjde o vrstvené paměti. Jako příklad funkčního produktu zmínil Norrod profesionální verze Vega 20, která je vybavena 32 GB 4096bit HBM2. Konkrétní podobu implementace v procesorech ale neprozradil.

S ohledem na to, že poukazoval na vyčerpání místa na pouzdru, asi nelze očekávat, že by vedle každého čipletu bylo možné umístit štůček vrstvených pamětí. Dala by se však představit možnost, že by jakási L3 či L4 cache byla navrstvená na samotném centrálním čipletu.

Až dosud byla řeč o hardwaru, ale chystá se jedno zlepšení, které by mohlo potěšit autory softwaru. Začátkem příštího roku bude uzavřen standard, který umožní s veškerou pamětí v systému pracovat, jako by šlo o jediný blok. Vznikne jeden virtuální adresní prostor, díky němuž bude pro software možné přistupovat k datům stejně, ať tato data leží v operační paměti, v paměti grafické karty nebo jiné paměti v systému. Autor softwaru nebude muset řešit „manuální“ přesuny dat z jedné paměti do druhé, kopírování dat z druhé paměti do třetí, ale díky jednotnému virtuálnímu adresnímu prostoru si procesor rovnou sáhne do paměti grafické karty nebo třeba opačně.

Přestože se většina popsaných trendů vztahuje k procesorům pro servery, lze očekávat, že nějakým způsobem dopadnou i na uživatele desktopu. To se ostatně již stalo se Zen (1), který byl navržen jako řešení pro servery (moduly spojované přes Infinity Fabric link) s tím, že jednotlivé moduly byly dimenzována na to, aby pokryly potřeby desktopu. U Zen 2 je tato souvislost podobná, čiplety se týkají serverů i desktopu, 7nm čiplety jsou pravděpodobně identické pro oba segmenty a liší se jen centrální 14nm čiplet. Rozhodnutí o konceptu čipletů, ke kterému došlo z důvodu limitace plochou křemíku v serverech, se tedy rovněž podepsalo i na produktech pro desktop. S dalšími technologiemi, které AMD plánuje implementovat v příštích generacích (např. ony naťuknuté změny v architektuře pamětí) se patrně také dříve či později promítnou i do desktopu - jen zatím nevíme, jak.