Chiplet: Hướng đi mới cho công nghệ chip

Với sự "chậm lại" của định luật Moore khi các bóng bán dẫn đã quá nhỏ, điều này đã đẩy các hãng sản xuất chip đến chân tường trong cuộc đua "chip nano" - giảm từ 10nm xuống 7nm, và buộc họ phải tìm ra một giải pháp mới cho công nghệ này.

Theo đó, "Chiplet" là một trong những giải pháp đang được Intel, AMD, và Lầu 5 góc (của Bộ Quốc phòng Mỹ), cũng như nhiều công ty khác nghiên cứu áp dụng. Đó là cách mà các nhà sản xuất chip như Intel, AMD "phải tìm cách khác" để tăng sức mạnh cho những con chip mới của mình, đồng thời cũng để thuyết phục người dùng bỏ tiền ra mua, theo trang AnandTech và Wired. 

 

Chiplet là thuật ngữ dùng để chỉ những con chip được cấu thành từ nhiều khối khác nhau, tương tự như cách bạn xếp hình bằng các khối Lego vậy. Như vậy, thay vì phải "khắc" các con chip trên cùng 1 tấm silicon, các nhà sản xuất sẽ lắp ráp chip từ nhiều mảng silicon khác lại với nhau, và mỗi mảnh ghép nhỏ đó được gọi là 1 chiplet. 

Với công nghệ mới này, ngay CPU - "não bộ" của một chiếc máy tính hay thiết bị điện tử nào đó, cũng có thể được lắp ghép từ nhiều chiplet lại với nhau.

Theo Mark Papermaster - CTO của hãng sản xuất chip AMD, đây sẽ là hướng đi của toàn ngành công nghiệp bán dẫn trong thời gian tới. Còn Intel thì nhận xét rằng: 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. 

 

Theo cách thức này, ngay CPU - "não bộ" của một chiếc máy tính hay thiết bị điện tử nào đó, cũng có thể  được lắp ghép từ nhiều chiplet lại với nhau.

 

Cả AMD và Intel đều tin rằng, họ có thể làm ra những con chip mạnh mẽ hơn trong khoảng thời gian ngắn hơn nhờ công nghệ chiplet mới này. 

 

Không chỉ vậy, 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 (theo cách làm trước đây). Với nhu cầu về machine learning ngày càng lớn, chiplet chính là một giải pháp cực kì phù hợp để giải quyết thấu đáo cho những bài toán trí tuệ nhân tạo.

 

Ngoài ra, chiplet cũng là câu trả lời cho việc giảm giá thành sản xuất cho các thiết bị và sản phẩm chip. Bởi những bóng bán dẫn mạnh nhất, mới nhất, nhỏ nhất trong cuộc chay đua hiện nay cũng chính là những thứ đắt đỏ và khó sản xuất nhất. Trước đây, các 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 định hơn, chi phí cũng giảm mạnh và hạn chế được lỗi trong quá trình chế tạo.

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.

Bắt đầu từ năm ngoái, hãng AMD đã thử nghiệm EPYC - dòng chip mới cho server, được cấu thành từ 4 chiplet. Con chip này có băng thông rộng hơn hẳn 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 sẽ cao gấp đôi, đó là điều chắc chắn.

 

Mới đây, AMD đã giới thiệu vi kiến trúc Zen 2, và 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, và hai chiplet này sẽ được gắn lên một đế chip I/O sản xuất trên dây chuyền 14nm. Đế chip này sử dụng tốt tính năng Infinity Fabrics - kết nối các chiplet với nhau, cũng như nối chiplet với 8 giao tiếp DDR DRAM, Infinity Fabrics giờ đây cũng lên đời thứ hai.

 

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

 

Theo các chuyên gia công nghệ, việc tách chiplet CPU ra khỏi đế I/O có nhiều cái lợi, như nó cho phép AMD làm ra những chiplet nhỏ hơn bởi phần giao tiếp như DRAM, hay 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 lớn hơn và đắt hơn, AMD sẽ tách RAM, IO ra riêng.

Về phần Intel, hãng này cũng bắt đầu giao các con chip dạng model của mình. Intel muốn cho thế giới 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 và 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.

 

Hãng Intel cũng nói rằng, họ đã có lộ trình rõ ràng cho công nghệ chiplet. "Đây là tương lai!" - Đó là khẳng định của Intel.

 

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