Tìm hiểu về chiplet: khi CPU cũng có thể lắp ráp như Lego

Intel, AMD phải tìm cách khác để tăng sức mạnh cho những con chip của mình - và cũng để thuyết phục người dùng bỏ tiền ra mua. Chiplet là một trong những giải pháp đang được Intel, AMD, Lầu 5 góc cũng như nhiều công ty khác nghiên cứu áp dụng.

Chiplet là thuật ngữ dùng để chỉ những con chip được cấu thành từ nhiều khối khác nhau, bạn có thể tưởng tượng nó giống như các khối Lego vậy. Thay vì phải khắc chip ra từ 1 tấm silicon, các nhà sản xuất sẽ lắp ráp chip từ nhiều mảng silicon khác lại, mỗi mảnh được gọi là 1 chiplet. Mark Papermaster, CTO của AMD, cho rằng đây sẽ là hướng đi của toàn ngành công nghiệp bán dẫn, còn Intel thì nhận xét đây là sự tiến hóa của định luật Moore.

​

Giải pháp này khác với SoC ở chỗ SoC thực chất là nhiều linh kiện khác nhau gắn trên cùng 1 đế chip để tiết kiệm diện tích và cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng. Còn chiplet sẽ dùng cho từng thành phần một, ví dụ như thành phần CPU trên SoC có thể được cấu thành từ nhiều chiplet nhỏ, tương tự cho GPU, chip WiFi hay bất kì thứ gì khác.

AMD và Intel đều tin rằng họ có thể làm ra những con chip mạnh mẽ hơn trong thời gian ngắn hơn nhờ chiplet. Khoảng cách giữa các module trên cùng 1 con chip cũng ngắn hơn, tức dữ liệu được truyền đi nhanh hơn so với việc phải gắn thêm 1 con chip riêng lẻ lên bo mạch chủ của máy tính. Với nhu cầu về machine learning ngày càng lớn, chiplet là một giải pháp cực kì phù hợp với những bài toán trí tuệ nhân tạo.

Chiplet cũng là câu trả lời cho việc giảm giá thành sản xuất. Những bóng bán dẫn mạnh nhất, mới nhất, nhỏ nhất cũng là những thứ đắt đỏ nhất, khó sản xuất nhất. Trước đây nhà sản xuất sẽ phải áp dụng dây chuyền này cho hầu hết mọi linh kiện quan trọng nằm trên 1 con chip, còn giờ đây nó sẽ chỉ dùng cho 1 khối quan trọng nhất mà thôi. Nhờ vậy mà chip sẽ hoạt động ổn hơn, chi phí giảm mạnh và hạn chế lỗi trong quá trình chế tạo.

Từ năm ngoái AMD đã thử nghiệm EPYC, dòng chip cho server được cấu thành từ 4 chiplet. Con chip này có băng thông rộng hơn so với chip server của Intel. Giả sử AMD làm ra một con chip như EPYC nhưng theo cách truyền thống, tức mọi thứ nằm trên cùng 1 tấm silicon, thì chi phí cao gấp đôi.

Chip monolithic theo cách truyền thống và chip module dùng các chiplet. CCX là một CPU Complex, mỗi cái có thể chứ 4 nhân. Trong hình bạn thấy là một chip 32 nhân cho server​

AMD mới đây đã giới thiệu vi kiến trúc Zen 2, nó sẽ được áp dụng cho dùng CPU EPYC mới. Dòng CPU này sẽ sử dụng 8 chiplet CPU, mỗi cái là một chiplet 7nm do TSMC sản xuất, tương ứng với 1 nhân. Hai chiplet này sẽ được gắn lên một đế chip I/O sản xuất trên dây chuyền 14nm. Đế chip này sử dụng tính năng Infinity Fabrics để kết nối các chiplet với nhau, cũng như nối chiplet với 8 giao tiếp DDR DRAM. Infinity Fabrics giờ cũng lên đời thứ hai.

Bởi vì bộ kiểm soát bộ nhớ giờ đã nằm trong đế I/O này, tất cả CPU chiplet có thể truy cập đồng đều hơn vào RAM so với các CPU đang có trên thị trường. Mỗi chiplet cũng sẽ có các lane PCIe riêng của mình.

Việc tách chiplet CPU ra khỏi đế I/O có nhiều cái lợi: nó cho phép AMD làm ra những chiplet nhỏ hơn bởi phần giao tiếp như DRAM, Infinity Fabric không cần phải thu nhỏ theo (thực ra có khi thu nhỏ chúng lại không tăng nhiều về hiệu năng). Do đó, thay vì phải làm cho chiplet CPU bự hơn và đắt hơn, AMD sẽ tách RAM, IO ra riêng.

Về phần Intel, hãng cũng bắt đầu giao các con chip dạng model của mình. Intel muốn cho thấy rằng chiplet không chỉ dành cho chip server mà còn cho cả laptop của bạn nữa. Đầu năm nay, Intel giới thiệu CPU với module đồ họa do AMD thiết kế. Đây là lần đầu tiên Intel tích hợp một nhân từ công ty khác vào dòng chip của mình. Thay vì GPU nằm riêng, giờ đây tốc độ sẽ nhanh hơn nhiều. Hiện con chip đó đã bắt đầu có mặt trên các máy tính của Dell và HP.

Intel nói họ có lộ trình rõ ràng cho chiplet. "Đây là tương lai".

GPU cũng có thể module hóa​

Lầu 5 góc của Bộ quốc phòng Mỹ cũng đầu tư mạnh vào chiplet. Kế hoạch của bộ quốc phòng còn bao gồm việc giúp các chiplet từ nhiều hãng khác nhau có thể hoạt động cùng nhau. Intel hiện đang tham gia tích cực vào dự án, và họ sẽ cung cấp công nghệ này miễn phí khi đã nghiên cứu và phát triển xong.

Tham khảo: Wired, AnandTech​