معماری Chiplet و نقش آن در طراحی پردازنده‌ های نسل آینده

chiplet به تراشه های کوچکی گفته می شوند که هر کدام وظیفه مشخصی دارند و با توجه به این وظایف در مجموع یک پردازنده کامل را تشکیل می دهند.بر خلاف گذشته در این معماری بخش های ماژولار وجود دارد و هسته های پردازشی می توانند در یک یا چند chiplet قرار بگیرند و به وسیله یک رابط پرسرعت داخلی با یکدیگر ارتباط برقرا کنند و با این روش در دید سیستم عامل و نرم افزارها به صورت یک پردازنده واحد شناخته می شوند.برخلاف طراحی های قبلی که تمام واحد های پردازشی ، حافظه کش ، کنترلر ها و بخش های ورودی و خروجی همه در یک قالب سیلیکونی قرار می گرفتند معماری جدید کاملا در قالب های جداگانه و با وضایف مشخص قرار می گیرند.

یکی از دلایل اصلی ظهور این معماری جدید کاهش هزینه های تولید می باشد.هرچه اندازه یک تراشه بزرگ تر باشد وجود نقص در آن بیشتر می شود.این مضوع موجب کاهش بازدهی تولید می شود.با تقسیم یک تراشه به واحد های کوچک تر ، احتمال خرابی کاهش یافته و در صورت معیوب بودن یک چیپلت کل پردازنده از بین نمی رود.از دیگر دلایل مهم می توان به محدودیت های فناوری ساخت اشاره کرد.ساخت تمام بخش های یک پردازنده با پیشرفته ترین دستگاهها همیشه منطقی نیست و زمانیکه پردازنده به بخش های مختلف تقسیم می شود می توان بخش هایی از آن مانند کنترلر های حافظه را با تکنولوژی ها و فناوری های قدیمی و ارزانتر ساخت و بخش های مهمتر با فناوری های جدید.در واقع معماری chiplet این امکان را فراهم می کند که هر بخش با فناوری مناسب خود ساخته شود.

یکی از بزرگترین مزایای معماری چیپلت ، مقیاس پذیری بالای آن است.شرکت های سازنده می توانند با کنار هم قرار دادن chiplet های بیشتر ، پردازنده هایی با تعداد هسته بالاتر بدون آنکه در طراحی تراشه تغییری ایجاد نمایند تولید کنند.این ویژگی در پردازنده های دیتا سنتری و سروری اهمیت ویژه ای دارد.مزیت دیگر آن انعطاف پذیری در طراحی است.تولید کنند گان می توانند با ترکیب چیپلت های مختلف محصولات متنوعی برای کاربرد های گوناگون از مصرف کننده گرفته تا هوش مصنوعی و سرور عرضه کنند.بدین وسیله توسعه نسل های بعدی بسیار ساده تر می شود این بدین معنی است که مهندسان می توانند فقط بخش هایی که نیاز به توسعه دارد را ارتقاء دهند.از طرفی این معماری جدید می تواند در مصرف انرژی بهینه و کنترل حرارت در پردازنده ها با توزیع در بخش های مختلف مدیریت بهتری داشته باشد.

با وجود مزایای قابل توجه این معماری اما متخصصین این حوزه با چالش های بزرگی نیز در گیر هستند یکی از مهمترین آنها تاخیر ارتباطی میان chiplet ها می باشد.در معماری قبلی به علت وجود یک بلوک ، ارتباط میان آنها به سرعت انجام می شد.اما در معماری جدید ارتباط میان بلوک های مختلف از طریق رابط های خاص انجام می شود و ممکن است با تاخیر مواجه شود.یکی دیگر از چالش هایی که در این طراحی با آن مواجه هستند پیچیدگی طراحی می باشد.هماهنگی میان chiplet های مختلف و اطمینان از عملکرد درست آنها نیازمند طراحی دقیق و ایجاد ابزارهای پیشرفته می باشد.

یکی از مهمترین راهکارهای ادامه پیشرفت در پردازنده ها با توجه به محدودیت فیزیکی و کوچک سازی ترانزیستورها معماری chiplet می باشد.این معماری می تواند پردازنده های عمومی ، گرافیکی و حتی حافظه های پیشرفته و شتاب دهنده های هوش مصنوعی را در یک پکیج واحد فراهم کند.این یکی از بزرگتری دلایل حضور این معماری در نسل آینده پردازنده های می باشد.