NVIDIA مجبور به دور زدن قانون مور شده است

پس از پایان دهه 90 میلادی و آغاز قرن جدید، معماری تولید پردازنده (CPU) و پردازنده گرافیکی (GPU) با سرعت بیشتر و انقلابی به سمت کوچک شدن حرکت کرد. پردازنده هایی که حتی روزگاری با لیتوگرافی 400 نانومتری تولید می شدند، امروزه با معماری های 14 نانومتری در بازار هستند. 3 کمپانی تولید کننده مطرح جهان با عناوین ای ام دی، انویدیا و اینتل قوانینی را در این زمینه دارند که از جمله آنها قانون مور (Moore) مربوط به شرکت NVIDIA است. این شرکت به تازگی مقاله ای را منتشر کرده است که به طور غیر مستقیم دور زدن این قانون را حکایت می کند. قانون مور از سالهای اولیه تاسیس این شرکت همراه آن است و متذکر می شود که روند رو به رشد انویدیا باید بر این اساس باشد که در هر دوره از ارائه یک معماری جدید، ابعاد ترانزیستورها کاهش یافته و حتی الامکان به تعداد این ترانزیستورها افزوده شود. افزایش تعداد ترانزیستورها به طبع می تواند مقادیر 0/1 را افزایش داده و کوچک شدن آنها باعث می گردد تا در یک سیلیکون یا همان تراشه، تعداد بیشتری ترانزیستور در کنار یکدیگر جای گیرد. Intel نیز در معماری های 14 نانومتری خود برای آنکه تا حدودی قادر به افزایش تعداد ترانزیستورها باشد، مسئله ی لوله گذاری و کار بر روی شیارها را وارد داستان طراحی کرد.

اما جهان سخت افزار به جایی رسیده است که کاهش لیتوگرافی به زیر 14 نانومتر، با مشکلاتی مواجه است. منظور به طور دقیق و واضح این نیست که این امکان در اختیار این شرکت ها قرار ندارد؛ بلکه مسئله اصلی این است که حتی پس از رسیدن به لیتوگرافیک 7 نانومتری، دیگر کاهش آن بسیار دشوار خواهد بود؛ یا حتی پس از آن تکلیف کاهش این ابعاد چه خواهد شد؟ در همین راستا چندی است که مسئله تولید پردازشگرهای MCM یا Multi-Chip-Module به میان آمده است. شرکت هایی همچون اینتل و AMD در تلاش برای تولید سامانه های ماژولار هستند تا بدین ترتیب پردازشگرهایی با توانایی پردازش های بالا را به تولید برسانند. هر چند که ماژول های MCM شرکت اینتل تا کنون در کاربردهای خانگی دیده نشده و بیشتر مصارف تجاری، صنعتی، ایستگاه کاری، پایگاه داده و… را به همراه دارند، اما AMD و NVIDIA به دنبال مدل هایی هستند که بتواند در مصارف دیگر نیز کاربرد داشته باشد. انویدیا مجبور به دور زدن قانون مور است؛ قانونی که در تمام این سالها این شرکت را برای تولید GPU های جدید موظف به رعایت دو مسئله تعداد و ابعاد ترانزیستورها می کرد. این شرکت در مقاله ی نسبتا کوتاه خود به تولید سیستم هایی اشاره کرده است که به زودی وارد خط تولید شده و ماژول های MCM را تولید خواهند کرد. MCM شامل مدارهای پردازشی است که چند پردازشگر بر روی یکدیگر نصب شوند.

چندی پیش AMD پردازنده های 10 الی 16 هسته ای Ryzen را به طور رسمی معرفی نمود؛

((به تازگی تصویری از یک پردازنده AMD Ryzen Threadripper منتشر شده است که تائید می کند این محصول یک CPU نبوده و نوعی ماژول MCM یا Multi-Chip Module است. MCM به معرفی یک برد است که بیش از یک تراشه بر روی آن نصب شده است. همچنین در یک حالت دیگر می تواند از بهم پیوستن چند تراشه یک ماژول MCM ایجاد شود. AMD Ryzen Threadripper ها از بهم پیوستن (احتمالا) دو CPU در کلاس SR7 تولید می شوند. SR7 ها دارای 8 هسته پرداشی هستند و شاید در مدل های پایین تر Ryzen Threadripper از SR5 نیز استفاده شده باشد چرا که برخی مدل ها دارای 14 الی 10 هسته هستند.))

در نتیجه تا پیش از آن نیز ای ام دی مجبور به تولید پردازنده های خود در قالب MCM شده است. از نظر فنی، با توجه به فناوری و تکنولوژی های کنونی، نمی توان تراشه ای بزرگتر از ابعاد (Die) برابر با 800~ میلی متر را به تولید رساند. در حال حاضر Tesla V100 دارای ابعاد 815 میلی متر است که که شاید یکی از دلایل این سایز، استفاده از تراشه های HBM2 باشد. پس چاره چیست؟ کاربران، منتقدان، متخصصان و … این انتظار را از شرکت ها دارند که در محصولات جدید خود افزایش پرفورمنس را ارائه دهند. اما این امکان در حال کور شدن است. پس چاره ای جز تولید ماژول های Multi-Chip-Module باقی نمانده است. پیش از این AMD به معماری Navi اشاره کرده بود؛ این شرکت اعلام کرده بود که با ورود معماری ناوی، پردازنده های MCM را بر اساس آن به تولید خواهد رساند. این در حالی است که ما همچنان در انتظار ورود کارت گرافیک های AMD Vega هستیم! شایان ذکر است که کارت گرافیک های Vega با فناوری AMD Infinity Fabric سازگار هستند. همانطور که گفته شد، این راهکار پیش از آن در پردازنده های Threadripper و EPYC از شرکت AMD به کار گرفته شده بود. در بردهای انویدیا چند پردازنده گرافیکی در کنار یکدیگر قرار گرفته و احتمالا با یک رابط مانند NVLIKN به یکدیگر متصل خواهند شد. انویدیا در مقاله خود به ارائه یک پهنای باند بی نظیر اشاره کرده است و ادعا می کند که MCM-GPU تولیدی آن بیش از 45% سریع تر از بزرگترین پردازنده مجتمع جهان خواهد بود که تا کنون پیاده سازی شده است. حتی در بخشی از این مقاله به یک مسئله جالب و شگفت انگیز اشاره شده است؛ محصول آینده NVIDIA تا 26.8% سریع تر از یک سیستم Multi-GPU است.

مثال: به عنوان مثال در نظر بگیرید که دو کارت گرافیک GTX1080 را در پیکربندی Multi-GPU در آرایش SLI در یک سیستم نصب می کنیم؛ همچنین دو تراشه ی GTX1080 را در یک ماژول MCM-GPU به خدمت می گیریم؛ جالب است بدانید که ماژول MCM با همان قطعات سخت افزاری، باز هم تا 26.8% سریع تر از دو کارت گرافیک در حالت SLI فعالیت خواهد کرد. این در حالی است که دست کم پهنای باند DRAM و تعداد SM ها در هر دو حالت کاملا یکسان است.

در این شرایط می توان امیدوار بود که تولید سیستم های MCM بتواند دست کم تا مدتی با دور زدن قوانین مور، وضعیت را ثابت نگه دارد. اما در سال های پس از 2020 هم می توان به وضعیت ادامه داد؟ پس از رسیدن به لیتوگرافی 7 نانومتری دیگر شاهد یه فناوری هایی خواهیم بود؟ با تمام اینها، ماژول های MCM سخت افزارهایی نه چندان تازه وارد هستند که به تازگی مورد توجه شرکت های بزرگ قرار گرفته است.