La integración a escala de obleas , WSI para abreviar, es un sistema poco utilizado para construir redes de circuitos integrados muy grandes que usan una oblea de silicio completa para producir un solo "superchip". Combinando un tamaño grande y un embalaje reducido, se esperaba que WSI condujera a una reducción drástica de los costes de algunos sistemas, en particular de las supercomputadoras masivamente paralelas . El nombre proviene del término integración a muy gran escala , el estado actual de la técnica cuando se estaba desarrollando WSI.
El concepto
Para comprender WSI, hay que considerar el proceso normal de fabricación de chips. Se produce un gran cristal cilíndrico de silicio y luego se corta en discos conocidos como obleas. Luego, las obleas se limpian y pulen en preparación para el proceso de fabricación. Se utiliza un proceso fotográfico para modelar la superficie donde el material debe depositarse encima de la oblea y donde no. Se deposita el material deseado y se retira la máscara fotográfica para la siguiente capa. A partir de entonces, la oblea se procesa repetidamente de esta manera, colocando capa tras capa de circuitos en la superficie.
Se depositan múltiples copias de estos patrones en la oblea en forma de cuadrícula a lo largo de la superficie de la oblea. Una vez que se han diseñado todas las ubicaciones posibles, la superficie de la oblea aparece como una hoja de papel cuadriculado, con líneas de cuadrícula que delimitan los chips individuales. Cada una de estas ubicaciones de la red se prueba para detectar defectos de fabricación mediante equipos automatizados. Las ubicaciones que se encuentran defectuosas se registran y marcan con un punto de pintura (este proceso se conoce como "entintar un dado", sin embargo, la fabricación moderna de obleas ya no requiere marcas físicas para identificar el dado defectuoso). A continuación, se corta la oblea para cortar las virutas individuales. Esos chips defectuosos se tiran o reciclan, mientras que los chips que funcionan se colocan en el empaque y se vuelven a probar para detectar cualquier daño que pueda ocurrir durante el proceso de empaque.
Los defectos en la superficie de las obleas y los problemas durante el proceso de estratificación / depósito son imposibles de evitar y provocan que algunas de las virutas individuales sean defectuosas. Los ingresos de los chips de trabajo restantes tienen que pagar el costo total de la oblea y su procesamiento, incluidos los chips defectuosos descartados. Por lo tanto, cuanto mayor sea el número de chips de trabajo o mayor rendimiento , menor será el costo de cada chip individual. Con el fin de maximizar el rendimiento, se desea hacer las virutas lo más pequeñas posible, de modo que se pueda obtener una mayor cantidad de virutas de trabajo por oblea.
La gran mayoría del costo de fabricación (típicamente 30% -50%) [ cita requerida ] está relacionada con las pruebas y el empaque de los chips individuales. El costo adicional está asociado con la conexión de los chips en un sistema integrado (generalmente a través de una placa de circuito impreso ). La integración a escala de obleas busca reducir este costo, así como mejorar el rendimiento, mediante la construcción de chips más grandes en un solo paquete, en principio, chips del tamaño de una oblea completa.
Por supuesto, esto no es fácil, ya que dadas las fallas en las obleas, un solo diseño grande impreso en una oblea casi siempre no funcionaría. Ha sido un objetivo continuo desarrollar métodos para manejar las áreas defectuosas de las obleas a través de la lógica, en lugar de cortarlas de la oblea. Generalmente, este enfoque utiliza un patrón de cuadrícula de subcircuitos y "recablea" alrededor de las áreas dañadas usando la lógica apropiada. Si la oblea resultante tiene suficientes subcircuitos de trabajo, se puede utilizar a pesar de las fallas.
Intentos de producción
Muchas empresas intentaron desarrollar sistemas de producción WSI en las décadas de 1970 y 1980, pero todas fracasaron. TI y ITT tanto lo vio como una manera de desarrollar complejas pipeline microprocesadores y volver a entrar en un mercado en el que estaban perdiendo terreno, pero ni liberados de cualquier producto.
Gene Amdahl también intentó desarrollar WSI como un método para hacer una supercomputadora, iniciando Trilogy Systems en 1980 [1] [2] [3] y obteniendo inversiones de Groupe Bull , Sperry Rand y Digital Equipment Corporation , quienes (junto con otros) proporcionaron un estimado de $ 230 millones en financiamiento. El diseño requería un chip cuadrado de 2.5 "con 1200 pines en la parte inferior.
El esfuerzo estuvo plagado de una serie de desastres, incluidas inundaciones que retrasaron la construcción de la planta y luego arruinaron el interior de la sala limpia. Después de quemar alrededor de 1 ⁄ 3 del capital sin nada que mostrar, Amdahl finalmente declaró que la idea solo funcionaría con un rendimiento del 99,99%, lo que no sucedería en 100 años. Usó el capital inicial restante de Trilogy para comprar Elxsi , un fabricante de computadoras compatibles con VAX , en 1985. Los esfuerzos de Trilogy finalmente terminaron y "se convirtieron" en Elxsi. [4]
En 1989, Anamartic desarrolló una memoria de pila de obleas basada en la tecnología de Ivor Catt , [5] pero la empresa no pudo garantizar un suministro suficientemente grande de obleas de silicio y se dobló en 1992.
El 19 de agosto de 2019, una startup llamada Cerebras Systems presentó su progreso en el desarrollo de WSI para la aceleración del aprendizaje profundo . Su chip de escala de oblea TSMC de 16 nm es de 46,225 mm 2 (215 mm x 215 mm), que es de aprox. 56 veces más grande que la GPU más grande. Cuenta con 1.2 billones de transistores, 400,000 núcleos AI, 18GB de SRAM en chip, ancho de banda de tejido en oblea de 100Pbit / s y ancho de banda de I / O fuera de oblea de 1.2Pbit / s. El precio y la frecuencia de reloj aún no se han revelado. [6] En 2020, el producto de la compañía, llamado CS-1, fue probado en simulaciones de dinámica de fluidos computacional . En comparación con el Joule, el superordenador NETL CS-1 era 200 veces más rápido y consumía mucha menos energía. [7]
La mayor parte de la pérdida de rendimiento en la fabricación de chips proviene de defectos en las capas de transistores o en las capas inferiores de metal de alta densidad. Otro enfoque, el tejido de interconexión de silicio (Si-IF), no tiene ninguno en la oblea. Si-IF coloca solo capas de metal de densidad relativamente baja en la oblea, aproximadamente la misma densidad que las capas superiores de un sistema en un chip , usando la oblea solo para interconexiones entre pequeños chiplets desnudos compactos . [8]
Ver también
Referencias
- ^ Artículo de la revista Fortune sobre la historia de Trilogy , 1986-09-01
- ^ ¿ PUEDE LA TRILOGÍA PROBLEMÁTICA CUMPLIR SU SUEÑO? / ERIC N. BERG, NYTimes, 8 de julio de 1984
- ^ Definición de trilogía en la enciclopedia PCMag
- ^ Ivor Catt: Computadoras de dinosaurios , ELECTRONICS WORLD, junio de 2003
- ^ "Pila de obleas Anamartic" . Historia de la Computación . Consultado el 27 de septiembre de 2020 .
- ^ Cutress, Dr. Ian. "Hot Chips 31 Live Blogs: Procesador de aprendizaje profundo de transistores de 1,2 billones de Cerebras" . www.anandtech.com . Consultado el 29 de agosto de 2019 .
- ^ "El chip del tamaño de una oblea de Cerebras es 10.000 veces más rápido que una GPU" . VentureBeat . 2020-11-17 . Consultado el 26 de noviembre de 2020 .
- ^ Puneet Gupta y Subramanian S. Iyer. "Adiós, placa base. Hola, tejido de interconexión de silicio" 2019.
enlaces externos
- Microcircuitos gigantes para computadoras ultrarrápidas / Popular Science, enero de 1984, págs. 66–67, 155