CEA-Leti presenta un diseño CPU con 96 núcleos utilizando chiplets

El sector de los procesadores de alto rendimiento x86 se encuentra dividido en dos grandes tipos de CPU, las que utilizan un diseño de núcleo monolítico y las que han dado el salto a la arquitectura MCM, siglas en inglés de módulo multi-chip.

Los diseños basados en la arquitectura de núcleo monolítico, utilizados por gigantes como Intel, tienen ventajas importantes en términos de rendimiento, pero son más complicados y más caros de trasladar del papel a la oblea. Por contra, los diseños MCM, utilizados por compañías como AMD, tienen un rendimiento monohilo inferior, pero son más sencillos de llevar a la oblea y más económicos.

Gracias a los avances que ha conseguido AMD con su arquitectura Zen 2 la viabilidad de los diseños MCM en chips de alto rendimiento con un gran conteo de núcleos ha dejado de estar en entredicho. Los Ryzen 3000, y todo lo que deriva de dicha arquitectura (Threadripper serie 3000 y EPYC Rome) son un claro ejemplo de ello, y han conseguido un salto tan grande que incluso algunos analistas se están empezando a preguntar si Intel debería apostar también por abandonar el núcleo monolítico.

De momento el gigante del chip no tiene previsto dar ese paso. Sus procesadores de próxima generación mantendrán el núcleo monolítico y darán el salto a los 10 nm, una estrategia que, en teoría, mantendrán con los 7 nm, pero será interesante ver qué camino acaba tomando el gigante del chip a partir de ahí.

El CEA-Leti, un instituto de investigación francés, ha vuelto a poner de relieve el valor de los diseños MCM al presentar una CPU de 96 núcleos de «cosecha propia» equipado con un total de seis chiplets apilados en 3D. Cada chiplet cuenta 16 núcleos y está fabricado en proceso FD-SOI de 28 nm de STMicroelectronics.

Todos estos chiplets están asentados en un intercalador activo que permite establecer una comunicación óptima. Este está fabricado en proceso de 65 nm. Nuestros lectores más avanzados ya se habrán dado cuenta de que este diseño recuerda, y mucho al que utiliza AMD en sus procesadores basados en Zen 2, donde encontramos grupos de chiplets de 7 nm unidos por un sistema Infinity Fabric que convergen en un chip I/O de 12 nm.

Cada uno de esos chiplets se subdivide en cuatro bloques de cuatro núcleos. Echando un vistazo individualizado nos encontramos con que los núcleos son de tipo MIPS32v1 (arquitectura MIPS), cuentan con 16 KB de caché L1 y 256 KB de caché L2 por bloque. La caché L3 asciende a 1 MB por cada chiplet. Las tareas I/O quedan externalizadas, lo que permite simplificar al máximo el diseño de los chiplets.

Para conectar los chiplets de esta CPU cada troquel tiene cuatro conectores únicos llamados «3D Plug», un tipo de interfaz de troquel a troquel que alcanza un rendimiento de 3 TB / s  por mm². Su eficiencia energética está clasificada en 0.59 julios pico por bit. El chip funciona a una frecuencia de 130 MHz a una potencia de 0,5 V, y es capaz de alcanzar un máximo de 1,1 GHz con una potencia de 1,1 V.