Intel EMIB: Мост для двух чипов

Всем известно об ожесточенном соперничестве между производителями процессоров AMD и Intel. Однако в конце 2017 года произошла сенсация: заклятые конкуренты объединяются, чтобы выпустить процессор. Гиганты рынка времени не теряли: результаты сотрудничества появились уже в начале 2018 года. Первые совместно созданные компаниями процессоры Core i-8000G с графикой Radeon RX Vega, состоят из следующих компонентов.

ЦП Intel

Ключевой элемент — Kaby Lake G CPU является вкладом Intel в общий проект. Компания представила два варианта для Kaby Lake G: четырехъядерные процессоры с 3,1 ГГц (Core i7) и 2,9 ГГц (Core i5) с базовой частотой, которые, благодаря технологии гиперпоточности, могут параллельно обрабатывать по восемь потоков каждый.

Графика AMD

Графические процессоры на архитектуре Vega под официальными названиями Radeon RX Vega M GH (1536 потоковых процессоров, 24 вычислительных блока) и RX Vega M GL (1280 потоковых процессоров, 20 вычислительных блоков), по заявлениям AMD, специально разработаны для использования с процессорами Intel.

Память типа HBM2

Графический процессор сохраняет данные в памяти с высокой пропускной способностью (High Bandwidth Memory) второго поколения. В современных моделях используются размещенные стеками модули памяти типа GDDR5 объемом 4 Гбайт.

Особенностью этого проекта является тот факт, что центральный процессор Intel, графический процессор AMD и память HBM2 находятся на одной подложке, которая, несмотря на толщину всего в 1,7 мм, обеспечивает достаточную производительность для видеоигр и виртуальной реальности.

Тесная интеграция графического процессора с памятью HBM2 стала возможной благодаря разработанной Intel технологии, получившей название Embedded Multi-Die Interconnect Bridge. Расчетная тепловая мощность таких пакетов составляет 65 и 100 Вт. В ПК или ноутбуке центральный процессор соединяется с графическим процессором посредством линий PCI Express, что сопровождается ощутимо большим потреблением энергии.

«В будущем мы планируем выпускать больше гетерогенных чипов. EMIB является ключевой технологией для такого процесса»
Марк Бор, директор Intel по архитектуре и интеграции процессов

Аббревиатура EMIB определяет собой не что иное, как будущее компьютерных микросхем. С их развитием вот уже многие десятилетия связан знаменитый закон Мура, одного из основателей Intel, согласно которому количество транзисторов, размещаемых на одном кристалле микросхемы, каждые два года будет удваиваться.

Удваивание долгое время обеспечивалось новыми разработками технологий производства, но постепенное уменьшение структур, дошедшее до предельных размеров, уже несколько лет не обеспечивает нужного результата. На смену подобной системе должна прийти интеграция и объединение гетерогенных чипов, изготовленных по разным техпроцессам разными производителями, в единый пакет. Так что Kaby Lake G — это всего лишь начало.

Будущее компьютерных микросхем

Идея объединить на одной подложке разные микросхемы не нова и уже реализовывалась AMD. До сих пор для соединения чипов с графическим процессором с памятью типа HBM, использовался кремниевый интерпозер. Технология заключалась в том, что все микросхемы монтируются на довольно крупной кремниевой прослойке; кристаллы связываются сверху вниз межслойными соединениями, которые требуют наличия сотен тысяч крошечных каналов, формируемых в этой же прослойке. Это обстоятельство ограничивает количество таких проводников и их производительность.

Еще один минус заключается в том, что на поверхности прослойки можно разместить только ограниченное количество микросхем. Кроме того, в процессе производства нужно быть очень осторожным, поскольку соединение может вызвать ошибки, которые довольно трудно исключить. С точки зрения экономии использование интерпозера ввиду больших затрат также невыгодно, поэтому такой способ связи кристаллов используется только в видеокартах категории High-End, а для средней категории и доступных по цене устройств аналогов нет.

Выгодное слияние технологий

Пакет из нескольких чипов объединяет разные чипы на одной плате, как, например, в новом процессоре Intel, в котором центральный и графический процессоры соединяются по PCI Express, из-за чего между ними возникает довольно большое расстояние в один сантиметр. А вот графика и видеопамять HBM2 объединены в один компонент с помощью технологии Multi-Die Interconnect Bridge (EMIB).

В технологии EMIB сохраняются преимущества использования интерпозера, но для реализации EMIB не требуется отдельная кремниевая прослойка. Соединение между кристаллами происходит по узким мостам (до 75 мкм), которые формируются прямо в подложке, что приводит к существенной экономии не только затрат на производство, но и места; на практике это позволяет выпускать доступные мини-ПК и компактные игровые ноутбуки.

В EMIB для связи кристаллов используются не объемные вертикальные межслойные соединения, а маленькие (55 мкм в диаметре) микроконтакты (Pitch Bumps), через которые данные между микросхемами передаются с высокой скоростью. Для чипа совместного производства Intel и AMD по технологии EMIB используется 1024 таких канала для передачи данных от графического процессора к памяти HMB2. По контактам большего диаметра между микросхемами и подложкой (130 мкм), помимо прочего, подается питание.

Новый мини-ПК Intel NUC8 работает на комбинированном процессоре Intel и AMD: от Intel — центральный процессор, от AMD — графический процессор. Тесное взаимодействие графического процессора и памяти HBM2 становится возможным благодаря технологии Embedded Multi-Die Interconnect Bridge (EMIB). Она обеспечивает высокую скорость и эффективность передачи данных между двумя компонентами и является ключевым элементом ПК будущего.

Основа для совместной работы микросхем

Вопрос соединения различных микросхем не закрыт. Intel разработала основу для координирования совместной работы процессора, графического модуля и памяти. Это позволяет реализовать методы энергосбережения, а также осуществлять интеллектуальное распределение вычислительной нагрузки: по заявлениям Intel, при высокой нагрузке центральный и графический процессоры дополняют работу друг друга. В будущем возможна еще большая интеграция компонентов: кремниевый мостик через центральный процессор, графический процессор и память.

Читайте также:

Фото: компании-производители