Kiến trúc bộ vi xử lý “chip chồng chip” của Intel sẽ thay đổi hoàn toàn cuộc chơi như thế nào?

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.

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.

Tham khảo: Wired