The post has been translated automatically. Original language: Russian
They talk about artificial intelligence all the time. However, its development depends on less visible technologies, primarily on microchips that must process ever—increasing amounts of data. One of the important solutions in this area has become chiplets: small crystals that combine in one processor.
In 2024, the Massachusetts Institute of Technology included chiplets in the list of breakthrough technologies. They allow you to create more powerful devices without trying to endlessly increase the complexity of a single solid chip.
Why the usual approach has become insufficient
For a long time, the development of processors followed a clear path: more and more transistors were placed on one chip. In the 1960s, one of Intel's founders, Gordon Moore, noticed that their number in chips was regularly doubling. Later, this observation was called Moore's law.
Over the decades, manufacturers have indeed been producing more and more compact and productive chips. If the Intel 4004 processor, introduced in 1971, contained 2,300 transistors, then modern microcircuits already have billions of such elements.
But it is impossible to reduce the details indefinitely. Manufacturing is becoming more expensive and more difficult, and large solid chips are getting hotter and more likely to experience defects. The larger the crystal, the higher the risk that a defect in one part will render the entire processor unusable.
Therefore, the industry began to look for another way to increase productivity.
How chiplets work
A conventional processor is a single crystal that houses computing cores, memory, and other elements. In the chiplet architecture, these functions are distributed among several small crystals. Then they are connected in one system, and together they work as a single processor.
This approach resembles assembling a device from ready-made modules. One block can be responsible for calculations, another for graphics, and the third for data exchange or memory. The manufacturer gets the opportunity to combine different elements depending on the purpose of the future device.
The main advantage of chiplets is flexibility. Instead of developing a new large processor from scratch, you can assemble the desired configuration from individual parts. This speeds up the creation of new models and allows you to use different production methods for different blocks.
There is also an economic benefit. Small crystals are easier to produce with less waste. If one of the blocks turns out to be defective, the losses will be lower than if a large monolithic chip is defective.
Why are they needed
Chiplets are especially important where a lot of computing power is required. One of the main examples is artificial intelligence systems. Neural network training involves processing huge amounts of data, so it requires fast and energy-efficient processors.
Modular chips can also be used in image and video processing, medical diagnostics, industrial design, three-dimensional modeling, and complex scientific calculations. In all these cases, it is important to perform multiple operations simultaneously and not waste unnecessary energy.
Another area is data centers and high—performance computers. Performance, reliability, and the ability to create systems for specific tasks are especially important to them.
What difficulties remain
Chiplets do not make the production of processors simple. The individual blocks need to be quickly and securely connected to each other. The worse the data exchange is, the less useful the modular architecture is.
In addition, manufacturers need uniform compatibility rules. If blocks from different companies cannot be combined, the choice of components remains limited.
To solve this problem, the largest chip developers support the UCIe standard. It should define the general requirements for connecting chiplets. In the future, this will allow processors to be assembled from components from different manufacturers, if they meet a single standard.
What will happen next
Chiplets are already used by the largest developers of processors and accelerators. For the industry, this is not a complete abandonment of familiar chips, but a new way to continue increasing productivity in an environment where simply reducing transistors is becoming more difficult and expensive.
They will not eliminate physical limitations and will not solve all the problems of microelectronics. But the modular approach will allow you to create more complex and powerful systems without having to put all the elements on one huge crystal.
That is why chiplets are becoming one of the key technologies of modern electronics. They are needed not only for fast computers, but also for the further development of artificial intelligence, data processing and digital devices that people use every day.
Об искусственном интеллекте говорят постоянно. Однако его развитие зависит от менее заметных технологий — прежде всего от микросхем, которые должны обрабатывать все большие объемы данных. Одним из важных решений в этой области стали чиплеты: небольшие кристаллы, которые объединяют в одном процессоре.
В 2024 году Массачусетский технологический институт включил чиплеты в список прорывных технологий. Они позволяют создавать более мощные устройства, не пытаясь бесконечно увеличивать сложность одного цельного чипа.
Почему привычного подхода стало недостаточно
Долгое время развитие процессоров шло по понятному пути: на одном кристалле размещали все больше транзисторов. В 1960-х годах один из основателей Intel Гордон Мур заметил, что их количество в микросхемах регулярно удваивается. Позже это наблюдение получило название закона Мура.
На протяжении десятилетий производители действительно выпускали все более компактные и производительные чипы. Если процессор Intel 4004, представленный в 1971 году, содержал 2300 транзисторов, то современные микросхемы насчитывают уже миллиарды таких элементов.
Но уменьшать детали бесконечно невозможно. Производство становится дороже и сложнее, а крупные цельные чипы сильнее нагреваются и чаще сталкиваются с браком. Чем больше кристалл, тем выше риск, что дефект в одной части сделает непригодным весь процессор.
Поэтому отрасль стала искать другой способ увеличивать производительность.
Как устроены чиплеты
Обычный процессор представляет собой единый кристалл, на котором размещены вычислительные ядра, память и другие элементы. В чиплетной архитектуре эти функции распределены между несколькими небольшими кристаллами. Затем их соединяют в одной системе, и вместе они работают как единый процессор.
Такой подход напоминает сборку устройства из готовых модулей. Один блок может отвечать за вычисления, другой — за графику, третий — за обмен данными или память. Производитель получает возможность сочетать разные элементы в зависимости от назначения будущего устройства.
Главное преимущество чиплетов — гибкость. Вместо разработки нового большого процессора с нуля можно собрать нужную конфигурацию из отдельных частей. Это ускоряет создание новых моделей и позволяет использовать для разных блоков разные способы производства.
Есть и экономическая выгода. Небольшие кристаллы проще выпускать с меньшим количеством брака. Если один из блоков оказался неисправным, потери будут ниже, чем при дефекте большого монолитного чипа.
Зачем они нужны
Чиплеты особенно важны там, где требуется большая вычислительная мощность. Один из главных примеров — системы искусственного интеллекта. Обучение нейросетей связано с обработкой огромных массивов данных, поэтому для него нужны быстрые и энергоэффективные процессоры.
Модульные чипы также могут использоваться при работе с изображениями и видео, в медицинской диагностике, промышленном проектировании, трехмерном моделировании и сложных научных расчетах. Во всех этих случаях важно одновременно выполнять множество операций и не тратить лишнюю энергию.
Еще одно направление — центры обработки данных и высокопроизводительные компьютеры. Для них особенно важны производительность, надежность и возможность создавать системы под конкретные задачи.
Какие сложности остаются
Чиплеты не делают производство процессоров простым. Отдельные блоки нужно быстро и надежно соединить между собой. Чем хуже устроен обмен данными, тем меньше пользы от модульной архитектуры.
Кроме того, производителям нужны единые правила совместимости. Если блоки разных компаний нельзя объединять, выбор компонентов остается ограниченным.
Для решения этой задачи крупнейшие разработчики микросхем поддерживают стандарт UCIe. Он должен определить общие требования к соединению чиплетов. В перспективе это позволит собирать процессоры из компонентов разных производителей, если они соответствуют единому стандарту.
Что будет дальше
Чиплеты уже используют крупнейшие разработчики процессоров и ускорителей. Для отрасли это не полный отказ от привычных микросхем, а новый способ продолжать рост производительности в условиях, когда простое уменьшение транзисторов становится все сложнее и дороже.
Они не отменят физических ограничений и не решат все проблемы микроэлектроники. Но модульный подход позволит создавать более сложные и мощные системы без необходимости помещать все элементы на один огромный кристалл.
Именно поэтому чиплеты становятся одной из ключевых технологий современной электроники. Они нужны не только для быстрых компьютеров, но и для дальнейшего развития искусственного интеллекта, обработки данных и цифровых устройств, которыми люди пользуются каждый день.
Share
