Производитель чипов TSMC ожидает, что GPU достигнут триллиона транзисторов в течение 10 лет

Графические процессоры (GPU) — это одни из самых больших чипов, и всего за 10-15 лет они эволюционировали от нескольких миллиардов транзисторов до 100+ миллиардов. Но даже эта цифра будут скромной по сравнению с тем, что ждет впереди, если верить прогнозам TSMC. Компания объяснила, что планирует продолжать делать чипы еще плотнее.

Если говорить о конкретных примерах передовых чипов, то недавно анонсированный ИИ-чип Blackwell B200 от Nvidia, будет включать более 100 миллиардов транзисторов, но чтобы продолжать повышение производительности и эффективности, этого недостаточно.

Проблема в том, что чем дальше, чем все более сложный процесс, так как некоторые элементы не намного меньше, чем пять лет назад. В то время как логические схемы по-прежнему можно уменьшить, общий размер кристаллов просто увеличится из-за ограничений в других областях. К сожалению, максимальный размер одного кристалла тоже практически достиг предела, а самая большая достижимая площадь превышает 800 квадратных миллиметров.

Это известно как предел ретикла, и нет никаких признаков того, что он будет значительно улучшен без резкого роста затрат. Однако в статье для IEEE Spectrum председатель TSMC Марк Лю и главный ученый компании Филип Вонг объяснили, как использование чиплетов/плиток и 3D-упаковки позволит создавать GPU с большим числом транзисторов, при этом не увеличивая площадь.

Для продолжения тенденции увеличения количества транзисторов потребуются несколько чипов, соединенных с помощью 2.5D или 3D интеграции. Интеграция нескольких чипов, либо с помощью CoWoS или SoIC и других передовых технологий упаковки, позволяет получить гораздо большее общее количество транзисторов на систему, чем можно упаковать в один чип. Мы прогнозируем, что в течение десятилетия многочиповый GPU будет иметь более 1 триллиона транзисторов.

Возьмем, к примеру, упомянутый Blackwell B200 — хотя общее число транзисторов составляет 208 миллиардов, на самом деле в нем используется два кристалла по 104 миллиарда каждый. То же самое и с суперчипом AMD MI300X 153B, с четырьмя кристаллами. Но эти GPU достигают огромного количества транзисторов за счет добавления площади, а для перехода к триллионному количеству потребуется укладывать чипы друг на друга.

Так AMD удалось значительно увеличить объем кэша L3 в таких процессорах, как Ryzen 7 7800X3D и других — разработав базовый чиплет таким образом, чтобы он уже имел соединения, необходимые для размещения еще одного слоя кремния сверху. Конечно, укладка чипов создает новые проблемы, например, как предотвратить накопление тепла в базовом слое, но TSMC видит гораздо больше возможностей для роста в этой области.

Возможно, использование ИИ для разработок и экспериментов откроет какие-то новые методы производства. Правда, еще есть вопрос цены — не будут ли эти 3D-чипы слишком дорогими?