När AMD rev av Computex 2021 blev det med en kavalkad av nyheter, där vissa var mer väntade än andra. Inför presentationen talade AMD om att de skulle visa nyheter inom "High-Performance Computing" och på det här området uteblev en ny generation Ryzen Threadripper. Istället är fokus på AMD:s nästa steg i chiplet-paradigmen – 3D-stapling av kretsar.
År 2015 tog AMD sina första stapplande steg med innovativa paketeringstekniker och nära integration av olika kretsar. Det började med grafikkretsen Fiji som via ett passivt substrat kombinerades med 4 GB HBM-minne, vilket för tiden gav den skyhöga bandbredden 512 GB/s och gjorde det möjligt för AMD att betydligt öka energieffektiviteten med sin åldrande GCN-arkitektur.
Sen kom Ryzen år 2017 där de först tog fyra processorer och lät dessa kommunicera sinsemellan på ett substrat, för att skapa 32-kärniga processorer för servrar. Nästa steg kom år 2019 med arkitekturen Zen 2, där endast de prestandakritiska processorkärnorna tillverkades på en chiplet, här en så kallad CCD, på 7 nanometer. Mindre prestandakritiska delar som I/O-anslutningar och minneskontroller flyttade ut till en separat krets tillverkad på en billigare 12-nanometersteknik.
Efter sex år av att bygga pussel på bredden är således nästa steg att bygga på höjden, så kallad 3D-stapling. AMD är tydliga med att tekniken ska börja användas på bred front inom en snar framtid och kan redan nu ge ett smakprov i form av en prototyp baserad på Ryzen 5000-serien. Prototypen baseras på vad som idag får anses vara en vanlig AMD-processor innehållande två CCD-chiplets med åtta Zen 3-kärnor vardera och en I/O-krets.
Den första tillämpningen av tekniken blir att rejält öka mängden cacheminne, något AMD kallar 3D Vertical Cache Technology (3D V-Cache). För prototypen har AMD tillverkat en SRAM-krets på 64 MB på TSMC:s 7-nanometersteknik och placerat denna ovanpå en CCD-chiplet, som utöver sina åtta kärnor har ett L3-cacheminne på 32 MB. Kombinerat blir resultatet ett rejält L3-cacheminne på hela 96 MB med en bandbredd på 2 terabyte per sekund (TB/s).
På scen berättar AMD:s VD Lisa Su att de arbetat länge med TSMC på tekniken och att de valt att använda Through-Silicon Via (TSV) för att skapa vertikala ledningsbanor. För att inte bygga höjden använder AMD något som kallas die thinning, helt enkelt att överflödigt kisel efter tillverkning slipas bort för att tunna kretsen. Hos prototypen i fråga har en chiplet med staplat SRAM samma vertikala höjd som en vanlig chiplet, vilket gör att samma värmespridare som tidigare kan användas.
En CCD-chiplet med åtta Zen 3-kärnor och 32 MB L3-cacheminne mäter drygt 80 kvadratmillimeter (mm²), medan SRAM-kretsen ligger på 6 × 6 millimeter (mm). Det gör att CCD-kretsens yttre sidor med själva processorkärnorna blir något lägre, något som kompenseras med två tunna skivor kisel för att skapa en jämn yta. Det senare är viktigt för att effektivt kunna kyla lösningen.
Resultatet är en processor som utåt sett är identisk med dagens Ryzen-processorer. Att öka mängden cacheminne till löjligt höga nivåer har fördelar i en lång rad applikationer och under Computex 2021 visar AMD vad en tredubbling i L3-cacheminne möjliggör i spel. I sin egen jämförelse används en Ryzen 9 5900X med 12 kärnor och 24 trådar låsta till 4,0 GHz med ordinarie 64 MB L3-cacheminne, mot en Ryzen 9 5900X med samma klockfrekvens och 3D V-Cache för hela 192 MB L3-cacheminne.
I fokus är en jämförelse i Gears of War 5 som i 1 920 × 1 080 pixlar kliver upp från 184 till 206 FPS – en ökning om 12 procent. AMD visar samtidigt resultaten från fyra andra spel där det är mer spridda skurar med ökningar i bildfrekvens från 4 till 25 procent. Enligt bolagets egna siffror handlar det om en genomsnittlig ökning om 15 procent.
Processorer med 3D V-Cache börjar tillverkas i slutet av året, vilket betyder en lansering i början av 2022. Då AMD har fungerande prototyper av Ryzen 5000-processorer med tekniken är det möjligt att dessa får en refresh för att kontra Intel Alder Lake. AMD låter sig även bekräfta det alla vet, att arkitekturen Zen 4 äntrar scen år 2022, och det går därför inte utesluta att det blir först här som konsumenter kan ta del av tekniken.
► Läs alla artiklar från #computex-2021
Oavsett vilken produkt som blir först ut med 3D V-Cache gör AMD gällande att de har en "aggressiv produktplan" där 3D-stapling ingår. Det står således klart att tekniken inom en inte allt för avlägsen framtid blir en central del för bolagets framtida processorer.
