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El futuro del escalado de CPU: exploración de opciones a la vanguardia

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En nuestro primer artículo, discutimos los problemas que enfrenta el escalado de la CPU y cómo ni los diseños de múltiples núcleos ni los heterogéneos de muchos núcleos son una solución a largo plazo. Este seguimiento aborda lo que la industria de los semiconductores está haciendo al respecto. Es una pregunta que se responde mejor en dos partes: innovaciones a corto plazo (piense en 3-5 años) e iniciativas de investigación a más largo plazo.

A corto plazo, el ITRS (Hoja de ruta tecnológica internacional para semiconductores) se centra en lo que se conoce como escalamiento “Más que Moore” (MtM). El objetivo del escalado de MtM es extender los mismos principios de diseño que han impulsado el escalado de dispositivos digitales durante décadas a los circuitos analógicos, e integrar esas tecnologías en la matriz en un SoC / SiP. El objetivo del escalado de MtM es aumentar la eficiencia energética y las capacidades a nivel del sistema, proporcionar una hoja de ruta coherente y regular para las tecnologías relevantes y aumentar la complejidad de los dispositivos. La propuesta original que expuso el concepto MtM establece que “es la integración heterogénea de funcionalidades digitales y no digitales en sistemas compactos lo que será el impulsor clave para una amplia variedad de campos de aplicación, como la comunicación, la automoción, el control medioambiental, la sanidad , seguridad y entretenimiento «.

Más que Moore

Un artículo reciente en el New York Times discutir el uso de dispositivos médicos capaz de interactuar con un teléfono móvil es un ejemplo oportuno de exactamente el tipo de integración que More Than Moore pretende abordar. En lugar de centrarse estrictamente en la CPU como facilitador de experiencias, MtM enfatiza la integración y el diseño eficiente de cada componente. Como dice el artículo de MtM, «Mientras que More Moore puede verse como el cerebro de un sistema compacto inteligente, ‘More-than-Moore’ se refiere a sus capacidades para interactuar con el mundo exterior y los usuarios».

Radio digital Intel

La propuesta original de MtM no discutía la conversión de circuitos analógicos en digitales, pero la descripción reciente de Intel de una radio completamente digital en un documento de ISSCC 2012 es otra demostración de la teoría. Las radios de teléfonos inteligentes existentes tienen bandas base digitales, pero dependen de circuitos analógicos para la mayoría de los demás componentes. Los transistores analógicos son más difíciles de escalar que sus contrapartes digitales, lo cual es parte de la razón por la que una verdadera radio digital tiene sentido. El documento de Intel afirma que es posible proteger eficazmente la CPU y la radio para que no interfieran entre sí; anteriormente, este obstáculo habría evitado tal combinación.

Una de las características más llamativas de la investigación actual sobre semiconductores es cuán completamente la búsqueda de dispositivos de menor potencia ha subsumido la vieja obsesión por la velocidad del reloj. 0W se ha convertido en el nuevo 1GHz; el éxito se mide en cuánto tiempo pasa su chip en su modo de energía más bajo posible y qué tan rápido cambia. El rendimiento, el antiguo dios de la informática, es ahora simplemente un medio eficiente para lograr el menor consumo de energía posible.

Voltaje de umbral cercano de Intel

La investigación de Intel sobre radio digital y voltaje de umbral cercano (NTV), las pantallas PenTile de Samsung, que utilizan una configuración de subpíxeles RG-BG en lugar de la franja RGB-RGB convencional, el apilamiento de chips 3D y una mayor integración de SoC son ejemplos de cómo se ha enfocado la industria cambiado a un punto de vista centrado en el dispositivo. Sin embargo, el trabajo en esta área no se limita al hardware móvil. La supercomputadora K, diseñada por Fujutsi y Riken, se ajustó para la eficiencia energética al hacer coincidir la salida de la fuente de alimentación con los requisitos de voltaje óptimos de cada CPU física. El equipo de investigación estima que esto ahorró ~ 1MW de energía y redujo los costos operativos en ~ $ 1M USD por año.

Es posible que el enfoque de Futjitsu nunca se traduzca directamente en las industrias de PC o móviles, pero es indicativo de cómo los fabricantes están buscando en áreas no típicas para encontrar formas de reducir el consumo de energía y mejorar la eficiencia. Coincide con proyectos de investigación para mejorar los diseños de múltiples núcleos y muchos núcleos y se vincula con características tan diversas como las extensiones TSX de Intel en Haswell y la idea de implementar programas directamente en el hardware como una forma de aprovechar el aumento de la cantidad de transistores.

Este es el tipo de proyectos e iniciativas que esperamos dominarán los ciclos de dispositivos durante los próximos 3-5 años. Pasado ese punto, la situación cambia.

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