Intel lo tiene claro, el chiplet es el futuro, y tiene una visión muy ambiciosa

Una de las novedades más interesantes que ofreció Intel durante el Día de la Arquitectura 2020 vino de la mano de Brijesh Tripathi, vicepresidente y director de tecnología del grupo de computación cliente del gigante del chip. El ejecutivo confirmó que el chiplet es el futuro, y nos ofreció una visión bastante completa del valor que ofrece dicha arquitectura.

Como sabrán muchos de nuestros lectores Intel y AMD utilizan dos tipos de arquitecturas en sus microprocesadores, y cada una tiene, como vimos en este artículo, sus ventajas y sus desventajas. La arquitectura de núcleo monolítico que utiliza el gigante del chip tiene, como principales ventajas, que permite conseguir procesadores a mayores frecuencias, con un margen superior de overclock, latencias más reducidas a nivel de caché y con una menor dependencia de la velocidad de la memoria RAM. Sus principales desventajas son, sin embargo, muy importantes:

• Es más complicado avanzar con ella a procesos de fabricación inferiores.
• Su coste es mucho mayor, tanto a nivel de I+D como de producción.
• El impacto a nivel de oblea es mucho más marcado, ya que no tiene el mismo grado de aprovechamiento de chips defectuosos.

Por contra, la arquitectura de tipo chiplet, también conocida como módulo multi-chip (MCM), tiene ventajas importantes que facilitan el diseño y la creación de nuevos chips, tanto en sus primeras etapas como en sus fases finales. Estas son sus ventajas más importantes:

• Facilita los saltos de proceso.
• Mejora la tasa de éxito por oblea.
• Ayuda a reducir costes de producción.
• Permite un alto grado de aprovechamiento de chips defectuosos.
• Hace posible el diseño de chips con muchos núcleos manteniendo un precio reducido.

Para entender mejor esas diferencias vamos a poner un ejemplo sencillo. El Core i9 9900K de Intel es un procesador con 8 núcleos y 16 hilos que están integrados en una única pastilla de silicio. Esto quiere decir que para que Intel pueda aprovechar los chips que obtiene de una oblea de silicio y utilizarlos para crear este procesador los ocho núcleos de esa pastilla deben de ser totalmente funcionales. Si uno solo de ellos no funciona, no puede utilizarla para crear dicho procesador.

El Ryzen 7 2700X de AMD también tiene 8 núcleos y 16 hilos, pero están divididos en dos pequeñas pastillas de silicio. Cada una tiene cuatro núcleos, y se comunican entre sí a través de un sistema de interconexión llamado Infinity Fabric. Esto quiere decir que AMD no necesita obtener pastillas de silicio con ocho núcleos activos para fabricar el Ryzen 7 2700X, sino que le basta con obtener dos pastillas de silicio que tengan cuatro núcleos activo. La complejidad de una pastilla de silicio de cuatro núcleos es menor, y el riesgo de que algo salga mal también, lo que nos permite entender por qué su impacto a nivel de oblea y los costes son mucho menores.

¿Por qué alaba Intel los diseños basados en chiplets?

Durante los últimos años hemos visto como Intel ha pasado de un rechazo total a la arquitectura MCM que utiliza AMD a considerar que el chiplet es el futuro. No es casualidad, Intel ya tuvo que recurrir a esta arquitectura con los Pentium D y los Core 2 Quad, el primero venía a ser un chip con dos Pentium 4 pegados, y el segundo lo mismo pero con dos Core 2 Duo unidos.

La arquitectura módulo multi-chip permite crear procesadores multi-núcleo de una manera sencilla y económica, ya que elimina las complejidades, los problemas y las complicaciones inherentes a los diseños de núcleo monolítico, y con un sacrificio en términos de rendimiento que, a día de hoy, es mínimo.

Los años de esfuerzo y los recursos que Intel ha destinado a avanzar en sus procesos de 10 nm y de 7 nm han confirmado que el diseño de núcleo monolítico no es tan viable como se creía, tanto en términos económicos como técnicos. Su impacto a nivel de oblea cuando nos movemos en configuraciones de un alto número de núcleos en muy alto, y las mejoras que ofrece frente a la arquitectura MCM no son suficiente para compensar esa realidad.

En la imagen adjunta podemos ver tres diseños diferentes. El primero corresponde con la arquitectura de núcleo monolítico y requiere, según Intel, de un periodo de desarrollo de entre tres y cuatro años. Además de ese largo periodo de tiempo no presenta ningún grado de reutilización, y es más propenso a sufrir errores. El segundo es el tipo de diseño MCM que utiliza AMD actualmente, requiere entre dos y tres años de desarrollo, presenta menos errores y tiene un cierto grado de utilización (AMD utiliza el diseño de Zen 2 tanto en sus procesadores de consumo general como en su línea EPYC).

Por último tenemos un diseño módulo multi-chip basado en una arquitectura chiplet de nueva generación que refleja el objetivo de Intel, es decir, que encaja con la idea de chiplet como solución de futuro según el gigante del chip. En ese diseño cada uno de los elementos del chip se pueden dividir en una gran cantidad de chiplets, lo que permite construir soluciones con un alto grado de personalización que presentan, además, un coste muy bajo, tanto a nivel técnico como económico, presentan un bajo impacto a nivel de oblea y tienen un alto grado de reutilización.

Crear una arquitectura altamente escalable, fácil de diseñar y de llevar a la oblea, con un alto grado de fiabilidad y un buen equilibrio entre rendimiento, personalización y reutilización, ahí es donde Intel ve el futuro del chiplet, y no descarta utilizar soluciones con diferentes procesos de fabricación, algo que, ciertamente, tampoco es nuevo, ya que AMD ya tomó ese camino con Zen 2, una arquitectura que combina chiplets en 7 nm con unidades I/O en 12 nm.

Os recuerdo que, si todo va según lo previsto, los primeros chips para el mercado general basados en un diseño de este tipo llegarán con la arquitectura Alder Lake-S, que combinará bloques de núcleos de alto rendimiento basados en la serie Core con núcleos de alta eficiencia basados en la serie Atom. Utilizarán, en teoría, el proceso de fabricación de 7 nm.