Označení čiplety a dlaždice nejsou nijak pevně definovaná, většinou Intel používá termín „dlaždice“ a téměř celý zbytek IT segmentu „čiplet“ (a to dokonce i Nvidia v kontextu avizované spolupráce s Intelem). Při praktickém použití této terminologie bylo ale možné jisté významové nunace vypozorovat. Například označení (AMD) „čiplet“ kontrastovalo s označením „modul“, kdy slovo „modul“ bylo používáno v kontextu čipů, které byly složené z několika identických kusů křemíku (modulů), zatímco čiplet tam, kde bylo použito několik různých kusků křemíku (čipletů). Intel naopak při použití termínu „dlaždice“ nerozlišoval, jestli jsou identické (např. Sapphire Rapids, kde šlo o 4× stejný návrh, de facto modul, jen v některých případech opticky převrácený) nebo odlišné (např. novější Granite Rapids).

Sapphire Rapids, první dlaždicový (z pohledu AMD spíše modulární) Xeon Intelu (Intel)

Na druhou stranu máme dlaždice zažité jako kusy křemíku určené k přímému spojení, zatímco čiplety AMD byly zprvu (a u některých produktů dosud) spojené přes pouzdro čipu (to se definitivně změní až se Zen 6). Tolik k názvosloví.

Rozdělení procesoru

AMD s pomocí čipletů zabila několik much jednou ranou. Vzpomeňme na nástup Zen 2. Po 14nm/12nm čipech vyráběných u GlobalFoundries (Zen a Zen+) musela AMD přejít k TSMC, neboť GlobalFoundries zastavila vývoj vlastního 7nm procesu. Nasazení 7nm procesu TSMC však znamenalo obrovský cenový skok a zároveň proces zprvu nebyl dostupný v kapacitách, které by byly potřebné pro pokrytí celého portfolia. Co s tím? Kdosi v AMD vymyslel, že by 7nm proces mohl být použitý pouze tam, kde jeho nasazení přinese jasnou výhodu - na procesorová jádra - zatímco zbytek procesoru by mohl zůstat na 12nm procesu GlobalFoundries. Tak vzniklo rozdělení procesoru na CCD (procesorovou část vyráběnou pokročilejším procesem) a IOD (komunikační část vyráběnou levnějším procesem).

Spojení čipletů

Zároveň někdo vymyslel, že tyto oddělené kousky křemíku je potřeba nějakým způsobem funkčně spojit a to tak, aby náklady na výsledné pouzdření nevyletěly nahoru a nevymazaly finanční výhodu vzešlou z jejich rozdělení. Došlo tedy na implementaci rozhraní SerDes a propojení přes pouzdro, jaké se běžně používalo u pouzder nesoucích více funkčních křemíků. Technologické nároky na pouzdření se tedy nezměnily oproti předchozím generacím, takže bylo možné využít stávající pouzdřící kapacity a zachovat ceny a dostupné objemy výroby.

Úspora v kopírování návrhu

Dále si někdo uvědomil, že rozdělení na čiplety dává prostor navrhnout čiplety tak, aby jedním návrhem bylo možné pokrýt více segmentů. Musíme si totiž uvědomit, že již v době, kdy AMD tuto situaci řešila (konec éry dvouciferných procesů), se uváděly náklady na tape-out jednoho kusu křemíku na zhruba $40 milionů dolarů. Pokud si uvědomíme, jak na tom AMD před rozběhnutím prodejů Zenu byla finančně, dává smysl, že úvahy byly maximálně ekonomicky zaměřené a hledaly se cesty, jak s minimem nákladů získat maximum produktů. Procesorový čiplet byl tedy navržen tak, aby jej bylo možné uplatnit v desktopovém mainstreamu (1×), desktopovém high-endu (2×), ultra-high-endu (Threadripper, 4×), pracovních stanicích (Threadripper WX, 8×) i serverech (Epyc, 8×).

AMD Epyc Turin - CCD čiplety se využijí též pro desktopové procesory Ryzen 5 až Ryzen 9, rovněž pro Ryzen X3D, Threadripper i Threadripper PRO nebo mobilní Fire Range, čipletové Ryzen i Ryzen X3D pro notebooky (AMD)

Každá rodina produktů měla zároveň trochu jiné parametry (vyšší nebo nižší takty, vyšší nebo nižší TDP) - takové, aby se při obvyklé výrobní variabilitě daly uplatnit kusy s různými vlastnostmi na různé produkty. Někde je prioritou nízká spotřeba, jindy vysoké takty ap. Postupem času se čiplety začaly rozšiřovat i do mobilního segmentu, takže i zde našel onen jeden návrh CCD uplatnění.

Přístup Intelu

Intel byl naproti tomu motivován jinými prvky. Jak v počátcích krize vypověděl jeden z inženýrů Intelu, ve společnosti byla atmosféra a přístup vedoucích pracovníků nastaven tak, že Intel je nejlepší, jeho technologie a produkty jsou technologicky nejpokročilejší a má neotřesitelný technologický náskok. Když pak AMD vydala Zen 2 a Zen 3, bylo to pro většinu pracovníků šokující a zároveň demotivující. Musíme si ale uvědomit, že Intel nastavil směr využití dlaždic právě v době, kdy jeho inženýři fungovali v dogmatické bublině technologické nadřazenosti, živené managementem.

Intel Lakefield s pouzdřením Foveros, první experiment s dlaždicemi (Intel)

Cílem dlaždic tedy nebylo řešit konkrétní nedostatek, konkrétní problém, dosáhnout konkrétního posunu v nějaké metrice. Cílem prostě bylo být nejlepší. Jenže, i když měl Intel technologie přímého spojování dlaždic, které v laboratoři fungovaly a na papíře se jevily lépe než spojování přes pouzdro využívané AMD, přímé spoje (ať už prostřednictvím křemíkové podložky nebo můstků) byly dražší a výrobní kapacity omezené. Navyšovaly tedy náklady a snižovaly možné objemy výroby. To by nebyl problém, kdyby byl návrh koncipovaný tak, aby přinesl něco navíc, za co by zákazníci byli ochotni připlatit. To ale nezvládl. V podstatě konkuroval čipletům nebo menším monolitům od AMD, které měly nižší výrobní náklady. K tomu se začaly projevovat nedostatky ve vlastních výrobních procesech Intelu a také nedostatky ve vývoji procesorových jader.

Zatímco u AMD čiplety snížily výrobní náklady a posunuly počet jader v PC segmentu, aniž by zkomplikovaly samotnou výrobu, dlaždice Intelu výrobní náklady zvýšily, počet jader (výkon) v PC nezměnily a omezily kompletaci čipů na továrny vybavené linkami pro technologii Foveros. Trh pak ukázal, že použití „nejlepší“ technologie neznamená automaticky vznik „nejlepšího“ produktu, neboť samotná technologie negarantuje, že produkt přinese vyšší užitnou hodnotu oproti konkurenci, aby mohl být z pohledu zákazníka vnímán jako „(nej)lepší“.

Proč jsou univerzální čiplety / dlaždice jednodušší i levnější?

I když utekla řada let, postoj Intelu k využití dlaždic se příliš zásadně nezměnil. Zoptimalizovaly se pouzdřící procesy, jejich objemy se navýšily, ale to jsou prvky, které platí pro všechny, takže je nelze vnímat jako konkurenční výhodu Intelu.

Akcelerátor Ponte Vecchio tvořilo celkem 63 kusů dlaždic, podle odhadů šlo o více než 10 návrhů (Intel)

Co se nezměnilo, je absence univerzálnosti. Intel naprostou většinu dlaždic využije výhradně na jednom, maximálně na dvou produktech. Kompletní náklady na tape-out jednoho kusu křemíku přitom s novými procesy dále stoupají a u těch nejnovějších se z řádu desítek milionů dolarů dostáváme do řádu stovek milionů dolarů.

• 5 nm / 4 nm křemík: $30-$80 milionů
• 3 nm křemík: $80–$120 milionů
• 2 nm křemík (očekávaná / odhadovaná úroveň): $150-$300 milionů

Jen fotomasky na 3nm proces vycházejí podle Silicon Analysts na $10-$20 milionů, k tomu dalších $20-$25 milionů na realizaci a tovární náklady. Design, validace, verifikace a související pak tvoří 50-75 % nákladů, čímž se dostáváme k výše uvedeným částkám.

Univerzálnost čipletu / dlaždice tedy není prací nebo náklady navíc, ale naopak významnou úsporou obojího. Prací navíc je navrhovat, vyrábět a debugovat 3 křemíkové návrhy namísto 1. Pro konkrétnější představu se zaměřme na segment procesorů a období od vydání Zen 5. Kolik čipletů pro pokrytí portfolia potřebovala AMD a kolik dlaždic Intel?

AMD

AMD v současnosti používá dva procesorové čiplety (8× Zen 5 a 16× Zen 5c), se kterými pokryje desktop, část notebooků, servery, akcelerátory i pracovní stanice. K tomu dvě IOD (pro PC a pro profi segment) a tři monolitická APU (Strix, Kraken, Kraken 2). Ještě má Strix Halo, což je ale experiment na otestování InFO pouzdření před výrobou Zen 6. Je to sice produkt sám pro sebe (byť CCD čiplety krom rozhraní vycházejí ze standardního návrhu), ale pomáhá to přípravě další generace. Tím se dostáváme na 2+2+3 = 7 návrhů křemíku bez Strix Halo, celkem 9 typů čipletů, když Strix Halo zahrneme.

Intel

Za dobu, která utekla od vydání Zen 5, poslal Intel na trh následující produkty složené z uvedeného počtu unikátních(!) návrhů dlaždic:

• 2 dlaždice Lunar Lake
• 8 dlaždic Arrow Lake minimálně (4 různé pro Arrow Lake-S, 4 různé pro Arrow Lake-H)
• 6 dlaždic Panther Lake (2 verze CPU, 2 verze GPU, 2 verze IO)
• 2 dlaždice Wildcat Lake
• 4 dlaždice Sierra Forest
• 3 dlaždice Granite Rapids (tři různé procesorové, 16jádrová, 44jádrová a 48jádrová - IO by byla čtvrtá, ale ta má být sdílená s Sierra Forest, takže ji nepočítám)
• těžko určitelný počet dlaždic Arrow Lake-U (což je ořezaný Meteor Lake převedený na proces Intel 3, takže min. jedna nová dlaždice - procesorová - pokud Intel ostatní převzal z předchozí generace)
• 1 Bartlett Lake

Celkem jde o 26 doložitelných dlaždic Intelu za dobu, na kterou AMD stačilo 9 čipletů, tedy ~3× více. Reálně je odhad u Intelu ještě hodně konzervativní, protože pro některé procesory používá více variant dlaždic než je uváděno v oficiálních prezentacích, takže prakticky jistě není v našem výčtu úplně vše (např. v prezentaci Arrow Lake uváděl výhradně konfiguraci CPU s dlaždicí 8+16, ale při vydání Panther Lake v jeho prezentaci mimochodem Intel potvrdil, že existuje i CPU dlaždice Arrow Lake 6+8). Dále vznikla řada dlaždic u zrušených projektů, které Intel do nějaké podoby dotáhl (=zaplatil), ale neposlal na trh.

Nova Lake bude nejspíš první PC CPU Intelu, kde bude procesorová dlaždice využita 2× v jednom produktu (MLID)

Pokud vyjdeme z čísla $100 milionů za návrh (3nm generace) a budeme předpokládat, že Intel připravil ~4× více dlaždic než AMD čipletů, pak se dostáváme na náklady $3,6 miliardy u Intelu oproti $0,5 miliardy u AMD (počítám $55 milionu za 4/5nm generaci) jen za vyrobení vzorků. Nejde totiž o náklady sériové výroby a následnou softwarovou podporu, skutečně jen první vzorek.

Tato čísla jsou v praxi stále velmi konzervativní, neboť předpokládají, že se první vyrobená verze čipletu či dlaždice uplatní při sériové výrobě. Reálně je úspěchem 2-3 verze a připomeňme, že to v posledních letech Intelu příliš hladce nejde (např. u Sapphire Rapids se uvádělo 10-12 vyrobených verzí, než došlo ke spuštění sériové výroby).

Přiměřeně univerzální řešení tedy šetří náklady na lidské zdroje, náklady na výrobu i čas, protože je po všech stránkách jednodušší.