O que são chiplets e por que são tão importantes para o futuro dos processadores

Embora os chiplets estejam em uso há décadas, eles têm sido empregados com moderação e para fins muito específicos. Agora, eles estão na vanguarda da tecnologia, com milhões de pessoas em todo o mundo usando-os em PCs desktop, estações de trabalho e servidores.

Um líder da indústria recentemente alavancou os chiplets para recuperar sua posição na vanguarda da inovação e está claro que não demorará muito para que os chiplets se tornem o padrão no mundo da computação. Então, sente-se e aprenda sobre os chiplets e exatamente por que eles são tão importantes.

Chiplets são processadores segmentados. Em vez de consolidar todas as peças em um único chip (conhecido como abordagem monolítica), seções específicas são fabricadas como chips separados. Esses chips individuais são montados juntos em um único pacote usando um sistema de conexão complexo.

Esse arranjo permite que as peças que podem se beneficiar dos métodos de fabricação mais recentes sejam reduzidas em tamanho, melhorando a eficiência do processo e permitindo que caibam em mais componentes.

As partes do chip que não podem ser significativamente reduzidas ou não requerem redução podem ser produzidas usando métodos mais antigos e econômicos.

Embora o processo de fabricação desses processadores seja complexo, o custo geral geralmente é menor. Além disso, oferece às empresas processadoras um caminho mais gerenciável para expandir sua gama de produtos.

Para entender completamente por que os fabricantes de processadores se voltaram para os chiplets, devemos primeiro nos aprofundar em como esses dispositivos são feitos. CPUs e GPUs começam sua vida como grandes discos feitos de silício ultrapuro, normalmente com pouco menos de 12 polegadas (300 mm) de diâmetro e 0,04 polegadas (1 mm) de espessura.

Essa bolacha de silício passa por uma sequência de etapas intrincadas, resultando em múltiplas camadas de diferentes materiais – isolantes, dielétricos e metais. Os padrões dessas camadas são criados por meio de um processo chamado fotolitografia, no qual a luz ultravioleta é emitida através de uma versão ampliada do padrão (uma máscara) e, posteriormente, reduzida por meio de lentes até o tamanho necessário.

O padrão se repete, em intervalos definidos, na superfície do wafer e cada um deles acabará se tornando um processador. Como os chips são retangulares e os wafers são circulares, os padrões devem se sobrepor ao perímetro do disco. Essas partes sobrepostas são finalmente descartadas, pois não são funcionais.

Depois de concluído, o wafer é testado usando uma sonda aplicada a cada chip. Os resultados do exame elétrico informam os engenheiros sobre a qualidade do processador em relação a uma longa lista de critérios. Esse estágio inicial, conhecido como chip binning, ajuda a determinar a "grau" do processador.

Por exemplo, se o chip for uma CPU, todas as partes devem funcionar corretamente, operando dentro de uma faixa definida de velocidades de clock em uma voltagem específica. Cada seção de wafer é categorizada com base nesses resultados de teste.

Após a conclusão, o wafer é cortado em pedaços individuais, ou "matrizes", que são viáveis ​​para uso. Essas matrizes são montadas em um substrato, semelhante a uma placa-mãe especializada. O processador passa por outro empacotamento (por exemplo, com um dissipador de calor) antes de estar pronto para distribuição.

A sequência inteira pode levar semanas de fabricação e empresas como TSMC e Samsung cobram altas taxas por cada wafer, algo entre US$ 3.000 e US$ 20.000, dependendo do nó do processo que está sendo usado.

"Nó de processo" é o termo usado para descrever todo o sistema de fabricação. Historicamente, eles receberam o nome do comprimento da porta do transistor. No entanto, como a tecnologia de fabricação melhorou e permitiu componentes cada vez menores, a nomenclatura deixou de seguir qualquer aspecto físico da matriz e agora é simplesmente uma ferramenta de marketing.

No entanto, cada novo nó de processo traz benefícios em relação ao seu predecessor. Pode ser mais barato produzir, consumir menos energia na mesma velocidade de clock (ou vice-versa) ou ter uma densidade maior. A última métrica mede quantos componentes podem caber em uma determinada área da matriz. No gráfico abaixo, você pode ver como isso evoluiu ao longo dos anos para as GPUs (os maiores e mais complexos chips que você encontrará em um PC)...