ჩიპების გაუმჯობესება ტექნოლოგიური ინდუსტრიის ერთ-ერთი მთავარი გამოწვევაა, რომელიც აერთიანებს ინჟინრებსა და მეცნიერებს მთელი მსოფლიოდან. ეს ქეისი ასახავს, თუ როგორ შეიძლება უფრო მძლავრი და ეფექტური ჩიპების შექმნა თანამედროვე საჭიროებებისთვის, მათ შორის AI და IoT ტექნოლოგიების ხელშეწყობით. განხილულია ტექნოლოგიების ინოვაციური მიდგომები და მათი შესაძლო გავლენა მომავლის ელექტრონიკაზე.
როგორ შევქმნათ უფრო მძლავრი ჩიპები
დღესდღეობით ნახევარგამტარების ინდუსტრია ახალ სიმაღლეებზე ადის და კომპიუტერული ტექნოლოგიების ცენტრალური ელემენტი ხდება. თანამედროვე ჩიპების წარმოება რთული და მრავალშრიანი პროცესია, რომელიც მოიცავს მილიარდობით ტრანზისტორის ერთ ჩიპში მოთავსებას. ამ ტექნოლოგიის განვითარებას თან ახლავს ენერგიის მზარდი მოხმარება, რომელიც შესაძლოა სერიოზულ გამოწვევად იქცეს მონაცემთა ცენტრებისა და სხვა ტექნოლოგიური ინფრასტრუქტურებისათვის. თუმცა, ჩიპების წარმოების ინოვაციური მეთოდები საშუალებას იძლევა, შეიქმნას მძლავრი ჩიპები ისე, რომ ენერგიის მოხმარება იყოს კონტროლირებადი და ეფექტიანი.
Nvidia-ს Blackwell ჩიპი და მისი მნიშვნელობა
2023 წელს Nvidia-მ წარმოადგინა თავისი ახალი, უმაღლესი ტექნოლოგიური ჩიპი, Blackwell, რომელიც იყენებს 208 მილიარდ ტრანზისტორს და მოიცავს ორი 800 კვადრატული მილიმეტრის ფართობის „დაისს“. თითოეული „დაისი“ შეიცავს პროცესორის ელექტრონულ წრედებს და ერთმანეთთან არის დაკავშირებული 10 ტერაბაიტის სიჩქარით, რაც უზრუნველყოფს მონაცემთა სწრაფ გადაცემას. ეს მაჩვენებლები ცხადყოფს, თუ როგორ მიიწევს ჩიპების წარმოება უფრო მეტი გამოთვლითი სიმძლავრისკენ.
თუმცა, Blackwell-ის ჩიპები გამოწვევად რჩება ენერგოეფექტურობის თვალსაზრისით. ყოველწლიურად თითოეული ასეთი ჩიპი მოიხმარს 5.2 მეგავატ-საათ ელექტროენერგიას, რაც შეადგენს ამერიკული საშუალო ოჯახების ენერგიის მოხმარების ნახევარს. თუ ჩიპების ენერგიის მოხმარება არ იქნება კონტროლირებადი, პრობლემები შეიქმნება. სწორედ ამითაა განპირობებული ჩიპების უფრო ეფექტიანი წარმოების მეთოდების შემუშავება.
განვითარების გამოწვევები და გადაწყვეტილებები
Dennard-ის სკალირების შეზღუდვების გამო, 2000-იანი წლების შუა ხანებში ტრანზისტორების ზომების შემცირება ვეღარ უზრუნველყოფდა ენერგიის მოხმარების შემცირებას. ეს იმას ნიშნავდა, რომ ჩიპების გაუმჯობესება საჭიროებდა ალტერნატიულ მიდგომებს. ამის ერთ-ერთი გამოსავალია ტრანზისტორების უფრო მჭიდროდ განლაგება ჩიპზე, რითაც ჩიპების სამუშაო ფართობი უფრო ეფექტიანად იქნება გამოყენებული.
ერთ-ერთი ინოვაციური მეთოდია backside power delivery – ანუ, ელექტროენერგიის მიწოდების ხაზების ტრანზისტორების ქვედა ფენაზე განთავსება. ეს მიდგომა შესაძლებლობას იძლევა, ჩიპის ზედა ფენაში მეტი სივრცე დარჩეს მონაცემთა გადაცემისთვის, რაც ამცირებს ტრანზისტორებს შორის სიგნალის ხარჯვას. ამავდროულად, ენერგიის მიწოდება უფრო ეფექტიანი ხდება და ჩიპების სიჩქარეც იზრდება. ეს მეთოდი უკვე გამოიყენება Intel-ის მიერ და საშუალებას აძლევს კომპანიას, გააუმჯობესოს ტრანზისტორების სიჩქარე და სიმჭიდროვე 6%-ით და 10%-ით, შესაბამისად.
Chiplets-ის ტექნოლოგია
მეორე მნიშვნელოვანი ტექნოლოგიური განვითარება არის chiplets-ის გამოყენება, რომელიც საშუალებას იძლევა, ჩიპების ნაწილები სხვადასხვა ტექნოლოგიით დამზადდეს და შემდეგ ერთმანეთს დაკავშირდეს. ამ მიდგომის წყალობით, ჩიპების მთლიანი ფართობი უფრო ეფექტიანად გამოიყენება, რადგან პროცესორების ბლოკები ჩიპების დანარჩენი ნაწილებისგან განცალკევებულია და განთავსებულია სხვა „chiplet-ებში“. ეს საშუალებას აძლევს ჩიპებს, ჰქონდეს უფრო სწრაფი მონაცემთა გადაცემისა და ნაკლები ენერგიის მოხმარების შესაძლებლობა.
Nvidia-ს Blackwell პროცესორი იყენებს ტექნოლოგიას, რომელიც TSMC-ის მიერ შემუშავებული interposer-ის საშუალებით აერთიანებს ჩიპის ნაწილებსა და მაღალი გამტარიანობის მეხსიერების ბლოკებს, რაც ქმნის სუპერჩიპს. TSMC გეგმავს, მომავალში ამ მეთოდით შექმნას უფრო დიდი interposer-ები, რათა ერთ პაკეტში მოათავსოს რამდენიმე პროცესორი და მეხსიერების ბლოკები.
3D შეფუთვა
მესამე მნიშვნელოვანი ტექნოლოგიაა 3D შეფუთვა, რომელიც ჩიპების ფენებს ერთმანეთზე ათავსებს და ქმნის უფრო კომპაქტურ და ენერგოეფექტურ არქიტექტურას. 3D შეფუთვა საშუალებას აძლევს მეხსიერებისა და პროცესორის ფენებს, უფრო მჭიდროდ იყოს ერთმანეთთან დაკავშირებული, რაც იწვევს მონაცემთა გაცვლის უფრო სწრაფ პროცესს. მაგალითად, AMD-ის MI300X ჩიპი იყენებს 3D შეფუთვას, რაც საშუალებას აძლევს, ერთ პაკეტში მოათავსოს 8 ჩიპლეტი და 8 მეხსიერების ბლოკი.
3D შეფუთვა ასევე უფრო ენერგოეფექტური პროცესია, რომელიც თითოეული ბიტის გადაცემისთვის 1%-ზე ნაკლებ ენერგიას მოიხმარს წინა ვერსიებთან შედარებით. ეს მიდგომა საშუალებას იძლევა, ჩიპებმა მიაღწიონ უფრო მაღალ სიჩქარესა და ეფექტიანობას, რაც მნიშვნელოვანია AI მოდელების სასწავლო პროცესებისთვის.
ოპტიკური კავშირი
ახალი ტექნოლოგიური ინოვაციაა ოპტიკური კავშირის გამოყენება ჩიპებს შორის მონაცემთა გადაცემისთვის. ოპტიკური კავშირი ჩიპების შიგნით გამოყენების შემთხვევაში უზრუნველყოფს უფრო სწრაფ და ენერგოეფექტურ მონაცემთა გადაცემას, რაც ამცირებს ენერგიის მოხმარებას. კომპანია Ayar Labs მუშაობს ჩიპებზე, რომლებიც ელექტრულ სიგნალებს ოპტიკურ კავშირად აქცევს, რითაც ჩიპების გამტარიანობა ათჯერ, ხოლო ენერგოეფექტურობა რვაჯერ იზრდება.
დასკვნა
ჩიპების ინდუსტრია დგას ტექნოლოგიური გარდატეხის წინაშე, უნდა მოიძებნოს ახალი გზები ჩიპების ენერგოეფექტურობის გასაუმჯობესებლად, რათა თავიდან ავიცილოთ მონაცემთა ცენტრების გადახურება და ენერგიის ხარჯვა. 3D შეფუთვა, backside power delivery და ოპტიკური კავშირები ის ტექნოლოგიებია, რომლებიც მომავლის ჩიპების შექმნის პროცესში გამოიყენება. ეს ინოვაციები საშუალებას იძლევა, ჩიპები იყოს უფრო სწრაფი, მძლავრი და ენერგოეფექტური, რაც აუცილებელია ხელოვნური ინტელექტისა და სხვა თანამედროვე ტექნოლოგიების განვითარებისთვის.
წყარო: The Economist
