I malé věci mohou často vyvolat velké změny. Patřit by mezi ně mohl i Embedded Multi-Die Interconnect Bridge (EMIB) od Intelu, který spojuje několik čipů do jedné desky.
AMD a Intel jsou známými konkurenty v oblasti procesorů, kteří si nic nedarují. Na konci roku 2017 se ale objevila zajímavá zpráva, že chtějí na trh uvést společný procesor. Procesorové giganty neztrácely čas, protože už na začátku roku 2018 jsou vidět výsledky jejich spolupráce. První kombinovaný procesor Intel Core i-8000G s grafikou AMD RX Vega má následující komponenty.
Procesor Intelu:
Skutečným srdcem přispěl Intel, a to v podobě procesoru Kaby Lake G. A představil rovnou dvě varianty tohoto procesoru. Obě mají čtyři jádra, které v případě první varianty pracují na frekvenci 3,1 GHz (Core i7), v případě druhé na 2,9 GHz (Core i5) a pomocí technologie HyperThreading mohou zpracovávat až osm vláken.
Grafika AMD: Společnost AMD do společného díla přispěla GPU postaveným na aktuální architektuře Vega. Oficiální název má Radeon RX Vega M GH (1 536 shaderů/24 výpočetních jednotek) a podle výrobce byla grafika speciálně upravena pro práci s procesory Intel.
Paměť HBM2
: Grafická karta využitá velice rychlou paměť High Bandwidth Memory druhé generace (HBM2). V aktuálním modelu jsou přitom použity čtyři gigabajtové paměťové moduly GDDR5.
Zvláštností tohoto projektu je to, že procesor Intel, grafika AMD a paměť HBM2 jsou umístěny na destičce, která je pouze 1,7 mm silná a poskytuje dostatečný výpočetní výkon pro hraní ve Full HD a pro virtuální realitu. Pro zajištění silné integrace GPU s pamětí HBM2 spoléhá Intel na svou vlastní, nově vyvinutou technologii nazvanou Embedded Multi-Die Interconnect Bridge, ve zkratce EMIB. Spotřeba TDP celého řešení přitom dosahuje 65 nebo 100 W. V počítači nebo notebooku je procesor s grafikou propojen prostřednictvím sběrnice PCI-Express, což vede k výrazně vyšší spotřebě.
Zkratka EMIB tak může představovat budoucnost počítačových čipů. Vývoj by pak opět mohl odpovídat populárnímu zákonu zakladatele společnosti Intel Gordona Moora, podle kterého se počet tranzistorů na čipu každé dva roky zdvojnásobí. Zdvojnásobování výkonu i tranzistorů dlouhou doby zajišťovalo zdokonalování výrobní technologie a snižování velikosti struktur. To už se několik let nedaří, takže zmenšování bude nahrazeno integrací. Řešením je tedy patrně kombinace různých heterogenních čipů (dies), vyrobených různými procesy a různými výrobci do jednoho společného balení. Kaby Lake G je jen začátek.
Budoucnost čipů
Myšlenka kombinovat různé čipy není samozřejmě nová a například i firma AMD už ji zkoušela v praxi. Doposud byl pro propojení čipů používán křemíkový interposer, například pro spojení GPU a pamětí HBM. V tomto případě jsou všechny čipy uchyceny k poměrně velké křemíkové mezivrstvě (viz obrázek vpravo) a propojeny mezispoji vedoucími shora dolů. Pro tyto spoje, označované TSV (Through Silicon Via), což je technologie průchodů skrz křemík, musí být v mezivrstvě vytvořeny stovky a tisíce drobných děr. Tato komplexní přesná práce je provedena na úkor výšky i výkonu. Další nevýhodou je to, že křemíkový interposer omezuje počet integrovatelných čipů. Při výrobě je třeba věnovat pozornost tomu, že svislé kontakty jsou náchylné k chybám a obtížně se testují. Z ekonomického hlediska je to pak jasné - využití interposeru je nákladné. To je také důvod, proč se tato technologie používá pouze u high-endových karet, ale pro levné a středně výkonné karty je potřebná nějaká alternativa.
Levná fúze
S EMIB si společnost Intel zachovává výhody interposeru, ale umožňuje to výrobu mnohem levnějších spojení mezi čipy. Důvod: EMIB nepoužívá křemíkové mezivrstvy s velkou plochou, ale úzké mosty (do 75 mikro m), které jsou přímo včleněny do nosného materiálu. To také šetří prostor. V praxi by bylo možné tímto způsobem vyrobit levné minipočítače (viz vpravo) a kompaktní notebooky pro hráče. V EMIB rovněž neexistují celistvé vertikální spoje. Místo toho používají čipy rychlé datové linky a menší vstupně-výstupní konektory, tzv. Pitch Bumps (výčnělky) s 55 mikro m. V případě čipu Intel/AMD využívá EMIB 1 024 takovýchto datových spojů z GPU do paměti HBM2. Mezi čipy a nosným materiálem jsou větší výčnělky velikosti 130 mikro m, přes které probíhá i napájení.
Framework pro spolupráci
To by ale pro technické propojení různých čipů nestačilo. Společnost Intel proto vyvinula ještě framework pro koordinaci práce procesoru, grafického procesoru a pamětí HBM2 a pro vzájemnou výměnu informací. Ten také umožňuje implementovat mechanismy úspory energie a inteligentní distribuci výpočetní zátěže. Podle Intelu si tak mohou CPU a GPU při vysokém zatížení vzájemně vypomáhat. Do budoucna se počítá s mnohem silnější integrací komponent: s křemíkovým mostem přes CPU, GPU a paměť.
Foto popis| Návrh nového počítače Kombinovaný procesor Intelu a AMD bude využit v novém Mini PC společnosti Intel. Intel dodává procesor, AMD grafiku. Embedded Multi-Die Interconnect Bridge (EMIB) se pak postará o těsné propojení GPU a paměti HMB2. Zajišťuje rychlou a efektivní výměnu dat mezi těmito dvěma komponentami a je základním stavebním kamenem počítače budoucnosti.
Foto popis| Integrace několika čipů do jednoho balení Vícečipový balíček v sobě integruje různé modely čipů umístěných na jedné desce -tak je tomu u nového kombinovaného procesoru od Intelu. Procesor a grafický čip jsou spolu propojeny přes PCI Express, takže jsou od sebe vzdáleny asi jeden centimetr. Grafika a grafická paměť (HBM2) jsou pak sloučeny do jedné komponenty a jsou připojeny přes můstek Embedded Multi-Die Interconnect Bridge (EMIB).
Foto popis| Embedded Multi-Die Interconnect Bridge EMIB usnadňuje vzájemné propojení dvou čipů - efektivně a levně. Trik spočívá v tom, že tenký křemíkový můstek je zabudován přímo do nosného substrátu.
Foto popis| Křemíkový interposer Několik čipů může být integrováno i přes interposer. AMD to tak dělá u grafických karet. Vyžaduje to ale úplnou křemíkovou vrstvu mezi čipy a nosičem. Je to náročné a nákladné.
Foto popis| EMIB využívá tzv. Pitch Bumps (výčnělky) pro přenos dat mezi čipy a pro napájení.
Foto popis| „V budoucnosti chceme vyrábět více heterogenních čipů. EMIB je pro to klíčovou technologií“ Mark Bohr Ředitel Intelu pro procesní architekturu a integraci
O autorovi| JÖRG GEIGER, autor@chip.cz