בתחילת שנות ה- 2000 כשעבדתי עבור מנהל בכיר בתאגיד גדול האחראי לעסקי מיינפריים, בילינו זמן רב בביקורים אצל מנהלי מידע בחברות Fortune 100 בעיר ניו יורק. למרות שמחשבי המיינפריים עדיין קריטיים אסטרטגית כיום, אני מסתכלת אחורה ומבינה באיזו מהירות נוף המיחשוב השתנה, ואיך העתיד הוא כאן ועכשיו.
במהלך העשורים האחרונים השתלטו מערכות מבוזרות על עומסי עבודה רבים בתעשיית המיחשוב ואז מהפיכת המובייל הכניסה את המחשבים למיליארדי מכשירים הנמצאים בכיסנו. כיום, מחשוב ענן ומחשוב מואץ מביאים כוח מחשוב למיליארדי אנשים ולטריליוני מכונות חכמות. אני מאמינה כי הגבול בין העולם הפיזי והווירטואלי ילך ויטשטש במהלך העשור הבא!
ומה הבסיס של כל זה? טכנולוגיית מוליכים למחצה.
מדוע ביצועים?
בלילה מאוחר במעבדה באוניברסיטה, אחד מחבריי לכיתה שאל אותי שאלה: "אם המחשב שיש לי עכשיו מספיק טוב לצרכים שלי, מדוע אנחנו צריכים לדחוף לשינוי קנה מידה של מכשירים ושבבים חדשים?" ברור שקשה לנו לדמיין כמה יישומים חדשים אפשר להפעיל, כאשר כוח המחשוב ימשיך לזנק במהלך השנים הקרובות.
מאז הופעת האינטרנט והטלפון החכם, אנחנו חיים בתקופה של התפוצצות בכמות הנתונים. עפ"י נתוני חברת המחקר IDC, בשנת 2020 נוצרו או שוכפלו יותר מ-60 זטה-בייט (ZB) . נדרשת כמות שאינה יודעת שובע של מחשוב בעל ביצועים גבוהים (HPC) כדי לסנן ולעבד את כל זה.
טכנולוגיה עם ביצועים גבוהים, המונעת ע"י צמתי תהליכים מובילים, היא המנוע לשלב הבא של החדשנות. קחו לימוד מכונה כדוגמה. זה לא רעיון חדש. התפיסה הבסיסית של לימוד מכונה מתחילה למעשה בשנות הארבעים של המאה הקודמת. אך הודות לזינוקים משמעותיים בביצועי המחשבים חלה בשנים האחרונות התקדמות בלתי נתפסת. כוח המחשוב, הנמדד על ידי פעולות נקודה צפה בשנייה, (FLOPS) השתפר בחמישה סדרי גודל ב-20 השנים האחרונות! והקצב הזה ימשיך להאיץ.
טכנולוגיית N4X מותאמת לביצועים
במשך שנים הגדילה TSMC בהתמדה את הדגש שלנו על ביצועים, תוך שהיא מספקת את טכנולוגיית המוליכים למחצה הדרושה כדי לסייע לחדשנות של לקוחות ה- HPC שלנו. לשם כך שמנו את כל היישומים עתירי המחשוב כולל מעבדי שרתים, מעבדי לקוח, GPUs, AI ומעבדי רשת – על פלטפורמת המיחשוב עתירת הביצועים שלנו.
למוצרי HPC יש את התכונות הייחודיות הבאות:
- ביצועים גבוהים יותר ובדרך כולל בתדרים גבוהים יותר
- צריכת חשמל בסדר גודל של 100 וואט – במקרים קיצוניים מתקרבת ל-1,000 וואט
- ניצול כבד יותר ואחוז הספק דינמי גבוה יותר במעטפת הכוח
- יותר (SRAMs (> 1GB ב-SoC
- רוחב פס זיכרון גבוה יותר
- קישוריות IO במהירות גבוהה יותר
- גדלי תבניות גדולים יותר עם אתגרים לייצור ולתפוקה
היום, אנו מציגים את טכנולוגיית התהליך החדשה שלנו: N4X. טכנולוגיה זו מותאמת לדרישות הקיצוניות של מחשוב בעל ביצועים גבוהים. N4X יהיה הראשון במותג ממוקד HPC של TSMC עם ייעוד "X" המייצג ביצועים אולטימטיביים ותדרי שעון מקסימליים. ייצור ראשוני עבור N4X צפוי עד המחצית הראשונה של 2023.
מה שמייחד את N4X הוא האופטימיזציה של טרנזיסטור FinFET ותהליך הקצה האחורי של הקו עבור תנאי הילוך יתר. להלן סקירה כללית של מה שיש ל- N4X להציע:
- שיפור ביצועים של עד % 15 על פני N5 במתח אספקה של 1.2V (ביצועי הטרנזיסטור כפונקציה של המתח עוברים אופטימיזציה, עם הפרש קל בזרם הדליפה)
- מתחי Over Drive גבוהים יותר מ-1.2V כדי לאפשר ביצועים נוספים
- התנגדות נמוכה יותר וקיבול טפילי של שכבות מתכת ממוקדות – אופטימיזציה של שכבת מתכת מהקצה האחורי משפיעה מאוד על מוצרי HPC עקב גדלי קוביות גדולים יותר, תדרי שעון גבוהים יותר ומתחי הפעלה גבוהים יותר
- קבל מתכת-מבודד-מתכת בצפיפות גבוהה במיוחד לאספקת חשמל יעילה ואמינה ביותר – בהתאם לתכנון המוצר, אלמנט ביצועים זה יכול למזער את צניחת מתח האספקה תחת עומס זרם גבוה ולהגדיל את ביצועי המוצר ב-2% ~ 3%.
כוחה של הפלטפורמה
עם הגדלת הביקוש לכח מחשוב, אנו רואים שתכנוני שבבי HPC מתקרבים לגודל הרשת המקסימלית אפילו עם רוב צמתי תהליכי מוליכים למחצה מובילים. למרבה המזל TSMC לא רק מציעה סיליקון מותאם לביצועים עם טכנולוגיית N4X , אלא מספקת גם פלטפורמת HPC מקיפה.
Open Innovation Platform® (OIP) של TSMC מציעה כתובות IP בסיסיות כמו גם מגוון רחב של כתובות IP בעלות ביצועים גבוהים עם שותפינו למערכת האקולוגית.
באמצעות 3DFabric™ של TSMC , הלקוחות שלנו יכולים להרחיב את מספר שבבי המחשוב המובילים עבור עוצמת מחשוב מקסימלית. לחלופין, ניתן לחלק התכנון למספר שבבים כאשר כל אחד מהם מאמץ את הטכנולוגיה האופטימלית לבחירה – מותאם לוגיקה, אופטימיזציה של IO אנלוגי, או אופטימיזציה של זיכרון. זה מוסיף מימדים נוספים למיטוב ביצועי המערכת הכוללת. יתרה מזאת, מערכת על שבבים משולבים (TSMC-SoIC®) מספקת ללקוחותינו את היכולת להשיג צפיפות חיבורים דמוית מונוליטית, בהשוואה לתכנונים מבוססי .micro-bump
בתוך אותה חבילת 3DFabric™ ניתן לשלב שבבים מיוחדים יחד עם שבבים מובילים בביצועים גבוהים. לדוגמה, קבלים נוספים של תעלה עמוקה, או זיכרונות במהירות גבוהה, ואפילו שבבי IO אופטיים יכולים להיות משולבים בצפיפות ניתוב גבוהה. כדי לטפל ביעילות ברוחב פס זיכרון, אספקת חשמל או IO במהירות גבוהה, האפשרות לחדשנות ולשיפור ביצועים אפילו פי 10 היא אינסופית.
זהו הכוח של פלטפורמת HPC של TSMC!
מבט אל העתיד
כוח המיחשוב שינה את החברה, השפיע על כל תעשייה ונגע בכל חלק מחיינו. אנו עדים למשהו באמת מדהים וחסר תקדים בתור הזהב הזה של מחשבים בעלי ביצועים גבוהים. N4X הוא רק הראשון מבין שיפורי הביצועים הקיצוניים של TSMC ואנו מוכנים כמובן לתמוך בחידושים של לקוחותינו במשך דורות רבים קדימה.
פלטפורמת HPC שלנו בנויה על המחקר והפיתוח ארוכי הטווח של TSMC בטכנולוגיה מתקדמת, ועל מערכת הקשרים ההדוקים שלנו עם לקוחות HPC רבים שפיתחנו בשנים האחרונות. אנו נמשיך לחזק את היצע הפלטפורמות שלנו הכוללות טכנולוגיות אריזה חדישות בתהליך ייצור מתקדם ופתרונות תכנון המיועדים לעזור ללקוחותינו לנצל את ההזדמנויות ההולכות וגדלות בתחום ה- HPC. זו לא רק הבטחה לעתיד. עם הצגת טכנולוגיית תהליכי הביצועים הקיצוניים N4X, העתיד הוא כאן ועכשיו.
יוג'ון לי, היא מנהלת פיתוח עסקי לתחום HPC בחברת TSMC
