Kiến trúc bộ vi xử lý “chip chồng chip” của Intel sẽ thay đổi hoàn toàn cuộc chơi như thế nào?
Intel thực sự đã có một đột phá mới trong thiết kế bộ vi xử lý.
Định luật Moore nổi tiếng có nguy cơ không còn được tiếp tục duy trì, khi các nhà sản xuất ngày càng thấy khó khăn trong việc thu nhỏ các bóng bán dẫn và tích hợp trên các bộ vi xử lý máy tính. Nhưng vì sao cứ phải thu nhỏ kích thước khi có một cách khác hợp lý hơn?
Ngày hôm qua, Intel đã trình làng kiến trúc bộ vi xử lý mới của mình, sử dụng cách thức chế tạo hoàn toàn khác với truyền thống. Kiến trúc mới có tên là “ Foveros”, cho phép xếp các con chip chồng lên nhau theo chiều dọc.
Cách thức xếp dọc này đã từng được áp dụng để tăng cường dung lượng của những con chip nhớ. Tuy nhiên sau nhiều năm nghiên cứu, Intel là nhà sản xuất đầu tiên trên thế giới áp dụng kiến trúc xếp chồng 3D này vào CPU, chip đồ họa và chip xử lý AI.
Đây không phải là những gì nhà khoa học Gordon Moore có thể tưởng tượng ra khi ông viết định luật Moore.
Xây những bộ vi xử lý “cao tầng”
Tầm quan trọng bậc nhất của kiến trúc xếp chồng 3D này là tiết kiệm không gian, giống như bạn xây một tòa nhà cao tầng thay vì xây khu nhà ở cấp 4. Tuy nhiên một ý nghĩa quan trọng không kém, đó là kiến trúc này cho phép tích hợp và tùy chỉnh bộ vi xử lý theo từng nhu cầu cụ thể.
Kiến trúc sư trưởng của Intel, ông Raja Koduri cho biết: “Bạn có thể tích hợp nhiều bóng bán dẫn hơn trong một không gian nhất định. Bạn cũng có thể tích hợp các loại bóng bán dẫn khác nhau. Ví dụ bạn có thể đặt một con chip modem 5G ngay trên CPU”.
Phần còn lại của ngành công nghiệp bán dẫn đã tìm mọi cách để thu nhỏ các bóng bán dẫn, kết hợp các module để ghép lại với nhau, tạo ra các mảnh ghép siêu nhỏ cho từng nhu cầu. Tuy nhiên tất cả những điều đó vẫn chỉ xảy ra trên một mặt phẳng. Chưa từng có nhà sản xuất nào thử nghiệm cách nghĩ đột phá như của Intel.
Video đang HOT
Một trong những lý do khiến cho việc xếp chồng các con chip xử lý trở nên khó khăn, đó là chi phí sản xuất cao, tốn điện và nhiệt lượng tỏa ra. Khi lớp silicon dưới cùng nóng lên mà không được tản nhiệt, nó sẽ làm ảnh hưởng tới lớp silicon phía trên. Các bộ vi xử lý thông thường sẽ được tiếp xúc và làm mát ngay ở lớp silicon đầu tiên này.
Tuy nhiên kiến trúc sư Raja Koduri khẳng định Intel đã giải quyết được toàn bộ những vấn đề này. Đó là nhờ một vật liệu cách nhiệt hoàn toàn mới, quy trình cấp năng lượng mới và đã trải qua hàng loạt những thử nghiệm rất nghiêm ngặt.
Thay đổi cuộc chơi
Kiến trúc bộ vi xử lý mới của Intel hứa hẹn sẽ làm thay đổi toàn bộ ngành công nghiệp công nghệ cao, từ những chiếc máy tính, cho đến máy chủ và cả các thiết bị di động. Bởi tính linh hoạt của các bộ vi xử lý này, khi có thể thay đổi và cắt ghép nhiều thành phần khác nhau.
Cùng một tấm nền phía dưới, nhưng nhà sản xuất có thể thay đổi các thành phần chip bên trên tùy theo từng nhiệm vụ. Một bộ vi xử lý chơi game có thể không giống với một bộ vi xử lý đồ họa, hay các nhu cầu tiết kiệm năng lượng, một thiết bị khác lại cần kết nối 5G, hoặc khi sử dụng trong các máy chủ xử lý tác vụ trí tuệ nhân tạo lại cần thành phần khác.
Về cơ bản nó giống như một bộ lắp ghép lego, với những mảnh ghép có sẵn và nhà sản xuất chỉ việc lắp thành một bộ vi xử lý hoàn chỉnh theo yêu cầu khách hàng. Khả năng tùy biến này sẽ giúp Intel cạnh tranh được trong tất cả các lĩnh vực của chất bán dẫn, không có bất kỳ giới hạn nào.
Intel cho biết các thiết bị sử dụng bộ vi xử lý dựa trên kiến trúc Foveros này sẽ có thể ra mắt trong khoảng 12 – 18 tháng nữa.
Theo GenK
Intel giới thiệu cách áp dụng "điện tử học spin" vào các con chip xử lý, thay thế bóng bán dẫn truyền thống
Intel vừa công bố một đột phá mới trong việc thay thế các bóng bán dẫn truyền thống.
Bóng bán dẫn truyền thống trong các bộ vi xử lý đang dần đạt tới cực hạn về tốc độ và kích thước thu nhỏ. Tuy nhiên, Intel đã tìm ra một giải pháp khắc phục, đó là áp dụng "spintronics" (tạm dịch: điện tử học spin) vào các bộ vi xử lý để thay thế cho bóng bán dẫn truyền thống.
Intel tiếp tục có một đột phá mới trong việc thiết kế chip xử lý.
Phương pháp mới này hứa hẹn sẽ làm thay đổi hoàn toàn các bộ vi xử lý bên trong máy tính, smartphone và smartwatch, khi mà các công nghệ chip hiện tại bị giới hạn.
Hôm thứ hai vừa qua, các nhà nghiên cứu tại Intel và Đại học Berkeley đã mô tả spintronics có thể giúp thu nhỏ các con chip xử lý xuống chỉ còn khoảng 1/5 kích thước hiện tại. Nếu được thương mại hóa, phương pháp này sẽ giúp các nhà sản xuất chất bán dẫn không còn lo ngại vấn đề tăng cường sức mạnh xử lý của các con chip hàng năm theo định luật Moore nữa.
Giới hạn của những con chip xử lý hiện nay
Những con chip xử lý hiện nay được tạo ra dựa trên các bóng bán dẫn CMOS và di chuyển dòng điện tích. Trong nhiều thập kỷ, các nhà sản xuất cố gắng thu nhỏ các bóng bán dẫn này theo định luật Moore. Tuy nhiên có những giới hạn không thể tránh khỏi khi các thành phần thu nhỏ đến gần với kích thước của từng nguyên tử riêng lẻ.
Việc thu nhỏ các bóng bán dẫn đang ngày càng khó khăn.
Chính Intel cũng phải vật lộn với việc thu nhỏ kích thước của các bóng bán dẫn, sau khi dẫn đầu ngành công nghiệp này trong nhiều thập kỷ. Samsung và TSMC có những bước tiến đột phá trong việc thu nhỏ các chip xử lý của mình, nhưng cũng sẽ sớm gặp phải những giới hạn đó.
Không chỉ giới hạn về kích thước mà các bóng bán dẫn CMOS truyền thống còn bị giới hạn về tốc độ và khả năng tiêu thụ điện năng. Về nguyên tắc, dòng điện tích điều khiển phải sử dụng điện trường, do đó nó sẽ dễ dàng bị nhiễu bởi các yếu tố điện - từ trường bên ngoài, đồng thời thường đòi hỏi tiêu tốn một lượng điện năng lớn. Bên cạnh đó, chuyển động của dòng điện tích chỉ là chuyển động cơ học của các hạt vật chất, do đó rất khó tạo ra được tốc độ cao.
Intel tìm ra cách ứng dụng spintronics để thay thế cho dòng điện tích truyền thống trong bóng bán dẫn
Chính vì những hạn chế ở trên, nên Intel và Đại học Berkeley đã tìm ra cách thay thế dòng điện tích truyền thống bằng spintronics. Về cơ bản, các hạt điện tử có hai đặc tính quan trọng là điện tích và spin. Điện tích thì chúng ta đã viết, còn spin là chuyển động của hạt điện tử quay quanh trục của nó giống như Trái đất.
Mỗi điện tử đều xoay quanh trục của nó giống như Trái đất.
Spintronics chính là ngành khoa học vật lý nghiên cứu về chuyển động spin của các hạt điện tích. Ứng dụng điều này, Intel cho biết các hạt điện tích có thể hoạt động giống như nam châm nhỏ với hai chiều chuyển động có thể thao tác để lưu trữ và xử lý dữ liệu. Nó giống như tín hiệu của hệ nhị phân (0 và 1) và có thể áp dụng vào bộ vi xử lý máy tính.
Nói một cách đơn giản, chúng ta sẽ thay thế các dòng dịch chuyển điện tích bằng các dòng dịch chuyển spin. Các dòng dịch chuyển spin không mang yếu tố cơ học, do đó sẽ không bị nhiễu và giới hạn tốc độ.
Chiều spin của điện tử có thể tác động và thay đổi, để truyền và lưu trữ dữ liệu.
Cơ chế hoạt động sẽ bắt đầu bằng việc tiêm spin (spin injection) hoặc bơm spin (spin pumping), sau đó sẽ truyền spin (spin transfer) giống như một chuỗi domino, cuối cùng tín hiệu spin sẽ đến các tinh thể giải mã tín hiệu để chuyển thành các trạng thái khác nhau (từ 0 sang 1 hoặc ngược lại).
Các spin cũng có thể giữ nguyên trạng thái mà không cần cấp điện, vì vậy bộ vi xử lý của thiết bị có thể chuyển về trạng thái ngủ tiết kiệm năng lượng mà không cần phải khởi động lại từ đầu.
Tất nhiên ở thời điểm hiện tại, các bộ vi xử lý dựa trên điện tử học spin vẫn chưa được thương mại hóa và sẽ cần nhiều thời gian để tiếp tục phát triển. Nhưng Intel đã mở ra một kỷ nguyên mới đầy hứa hẹn.
Theo GenK
Bỏ qua Intel, Amazon nghiên cứu tự sản xuất chip Nhà bán lẻ và cung cấp dịch vụ cloud lớn nhất thế giới đang lấn sân sang một lĩnh vực mới: chip máy tính. Vào cuối tháng 11/2018, Amazon tiết lộ thành quả trong một vài năm gần đây khi nghiên cứu thành công loại chip mới để dùng cho hàng triệu máy chủ trong các trung tâm dữ liệu trên toàn thế...