中国科学院計算技術研究所の科学者らは、先進的な 256 コアのマルチチップレットを発表し、その設計を 1 つの計算デバイスとしてウエハー全体を使用する 1,600 コアのチップまで拡張する計画を立てている。
新世代のチップが登場するたびにトランジスタ密度を高めることがますます困難になっているため、チップメーカーはプロセッサの性能を向上させるための新たな方法を模索しています。これには、アーキテクチャの革新、ダイサイズの大型化、マルチチップレット設計、さらにはウエハースケールチップも含まれます。ウエハースケールチップはこれまでCerebrasのみが実現していましたが、中国の開発者もCerebrasに注目しているようです。Cerebrasは既に256コアのマルチチップレット設計を実現しており、ウエハー全体を使って1つの大きなチップを製造するウエハースケール化の可能性も模索しているようです。
浙江省のチップレットは、おそらくSemiconductor Manufacturing International Corp.（SMIC）によって22nmクラスのプロセス技術で製造されると報じられています。インターポーザーで相互接続され、22nm製造ノードで製造された1,600コアのアセンブリがどれだけの電力を消費するかは不明です。The Next Platformが指摘するように、CASが1,600コアのウエハスケールチップを製造することを妨げるものは何もありません。これにより、レイテンシの低減により消費電力と性能が大幅に最適化されます。
この論文は、リソグラフィとチップレット技術の限界を探り、この新しいアーキテクチャが将来のコンピューティングニーズにどのように貢献できるかを論じています。研究者らは、マルチチップレット設計はエクサスケール・スーパーコンピュータ向けプロセッサの構築に利用できる可能性があると指摘しており、これはAMDとIntelが現在行っていることです。
「現在および将来のエクサスケールコンピューティングにおいて、階層型チップレットアーキテクチャは強力かつ柔軟なソリューションになると予測しています」と研究者らは記している。「階層型チップレットアーキテクチャは、階層的なインターコネクトを備えた多数のコアと多数のチップレットとして設計されています。チップレット内部では、コア間の通信は超低レイテンシのインターコネクトで行われ、チップレット間の相互接続は高度なパッケージング技術による低レイテンシで実現されます。これにより、このような高スケーラビリティシステムにおけるチップレット内レイテンシとNUMAの影響を最小限に抑えることができます。」
一方、CAS の研究者は、このようなアセンブリにマルチレベルのメモリ階層を使用することを提案していますが、これにより、このようなデバイスのプログラミングに問題が生じる可能性があります。
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「メモリ階層には、コアメモリ（キャッシュ）、オンチップレットメモリ、オフチップレットメモリが含まれます」と説明には記されています。「これらの3つの階層のメモリは、メモリ帯域幅、レイテンシ、消費電力、コストが異なります。階層型チップレットアーキテクチャの概要では、複数のコアがクロススイッチを介して接続され、キャッシュを共有します。これによりポッド構造が形成され、ポッドはチップレット内ネットワークを介して相互接続されます。複数のポッドがチップレットを形成し、チップレットはチップレット間ネットワークを介して相互接続され、オフチップレットメモリに接続されます。このような階層を最大限に活用するには、慎重な設計が必要です。メモリ帯域幅を適切に活用して異なるコンピューティング階層のワークロードのバランスをとることで、チップレットシステムの効率を大幅に向上させることができます。通信ネットワークリソースを適切に設計することで、チップレットが共有メモリタスクを協調的に実行できるようになります。」
ビッグチップの設計では、光電子コンピューティング、ニアメモリコンピューティング、3D積層メモリといった技術も活用できる可能性があります。しかし、本論文ではこれらの技術の実装に関する具体的な詳細や、複雑なシステムの設計・構築においてこれらの技術がもたらす可能性のある課題については触れられていません。
一方、The Next Platformは、CASが既に256コアのZhejiang Big Chipマルチチップレットコンピューティングコンプレックスを構築していると想定しています。同社はここからチップレット設計の性能を検証し、より多くのコア、異なるクラスのメモリ、そしてウエハスケールの統合を備えたシステムインパッケージに関する決定を下すことができます。
アントン・シロフはTom's Hardwareの寄稿ライターです。過去数十年にわたり、CPUやGPUからスーパーコンピュータ、最新のプロセス技術や最新の製造ツールからハイテク業界のトレンドまで、あらゆる分野をカバーしてきました。
