Fråga:
Varför gör vi inte processorer med 1000 lager för att använda utrymme i den tredje dimensionen?
Ethan
2020-07-27 12:38:02 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jag undrar varför vi inte gör processorer som processorer med 1000-tal staplade lager för att använda utrymme i den tredje dimensionen nu när vi har tredimensionella transistorer. För att vara tydlig hänvisar jag till att göra något av en processor med rektangulärt prisma.

För att vara tydlig finns det en enorm mängd som jag inte är medveten om när det gäller tillverkning av processorer, jag är ingen el- eller datortekniker, men jag är väldigt nyfiken. Jag är medveten om de värmeproblem som detta skulle orsaka med tanke på en ännu tätare packning av transistorer och tillverkningsproblemen med tanke på att du skulle behöva laseretsa genom så mycket kisel, men till skillnad från att förstora storleken i bredd och höjd skulle det inte vara problem med att få ut det mesta av de cirkulära kiselskivorna, och till skillnad från det skulle du hålla delarna mycket nära vilket innebär att det inte skulle sakta ner hastigheten på elen som kommer från en del av processorn till den andra eftersom processorn redan har 1000-talet av transistorer staplade horisontellt och vertikalt.

Jag är nyfiken på om du skulle kunna lösa uppvärmningsproblemen genom att lägga ner tunna intermittenta kylflänsskikt och samtidigt hålla den vertikala genomströmningen. Och fixa tillverkningsproblemen delvis genom att använda separat etsade skivor var tionde lager eller så. Kan detta vara möjligt eller finns det många problem jag inte tänker på (och jag är säker på att det finns)? Tack.

Hur exakt kan du föreställa dig att dessa "tunna kylflänsar" fungerar?En kylfläns "sjunker" inte riktigt värme som "förstör" den, den leder bara bort den.Ett lager inuti stapeln kan bara hjälpa till genom att leda värme till sidorna av munstycket, och det är en * lång * väg att gå (åtminstone flera millimeter), vilket gör det fruktansvärt ineffektivt.
Varför gör vi inte 1000 lager kakor?Efter ett visst antal lager börjar det falla sönder, kan inte fixa det med glasyr.
@old_timer Ditt exempel är dåligt valt: https://en.wikipedia.org/wiki/Mille-feuille
Jag såg inget 10-20-100-1000 lager någonting, även om du viker bakverk många gånger ger det inte ett jämnt lager, speciellt efter bearbetning (bakning).I båda fallen har varje lager inkonsekvenser som förstärks i varje efterföljande lager (se svar nedan) om du skulle kunna lösa värmeproblemet har du staplingsproblemet.Precis som en tårta.En 50-lagers tårta för pris / tilldelning säker, men massproducera dem, inte så mycket.Absolut inte ett 1000 lager.
då är det också kostnaden, masker är en stor del av kostnaden för ett chip, om ett litet antal lager är en handfull till tiotals miljoner är 1000 lager .... mer än företaget är värt.Och det är om du kunde hitta utrustning för att göra detta.det är en dum fråga.vi gör bara flerchipsmoduler vanliga utöver avancerade produkter.Om din process är hälften så stor som den tidigare är det ungefär samma som att stapla dubbelt så högt.så det är inte som att de inte gör något för att öka densiteten och prestandan per "chip"
(inte alla pengar ligger i maskerna, inte försöker antyda att utvecklingsverktygen enbart är miljoner dollar)
@TooTea Jag håller med om att det skulle vara "fruktansvärt ineffektivt" Jag tänkte bara om du på något sätt kunde köra en thickkk-kylflänskabel direkt ur CPU: n och ansluta den runt en radiator med en fläkt kan det vara möjligt att dra bort tillräckligt med värme för att göra detgenomförbar, livskraftig.Men det är naturligtvis en fullständig gissning och värmen som är involverad kan mycket väl vara galen, så jag förväntar mig helt att den inte fungerar lika bra.
I allmänhet beror värmeledningsförmågan på området vinkelrätt mot värmeöverföringsriktningen.Med tanke på att värmen behöver komma till kanterna måste dessa 'kylflänsskikt' vara ganska tjocka.Min gissning är att den är i storleksordningen millimeter.Alla kylvätskerör kommer att vara ungefär desamma.Så effektivt kan lagerseparation inte vara så långt från PCIe-kortplatser.
@James_pic Mille-feuille är bara ett namn.Faktiska kakor har 10-20 lager toppar (kolla in bilderna på sidan du länkade till).
@old_timer-byggnader är normalt 10 till 20 till 160 lager / golv.3D-utskrifter är hundratals lager.Diamanter är naturliga och 3D-tryckt otaliga lager.
Sex svar:
Neil_UK
2020-07-27 13:54:38 UTC
view on stackexchange narkive permalink

De två orsakerna till mördare är avkastning och värme.

Avkastning.Varje gång du gör ett processsteg får du mindre än 100% perfektion.Låt oss säga att du får 99% perfektion per steg.I en process med 20 steg skulle du vara nere på 82%.I en process med 1000 steg skulle du vara nere på 43 ppm, 43 framgångsrika byggnader för varje miljon rån startade.

Värme.Våra befintliga konstruktioner är redan begränsade av hur snabbt vi kan ta ut värme från botten av matrisen.Så varken möjligheten att generera mer värme eller möjligheten att generera den värmen längre bort från var den kan försvinna, är till någon verklig nytta för oss.

Som sagt, det finns några enheter som byggs upp i den tredje dimensionen, som binder samman flera färdiga skivor, vilket mildrar avkastningsfrågan.Dessa staplade skivor tenderar att vara minne, som inte använder något som kraften hos en CPU, vilket mildrar värmeproblemet.

Du kan stapla bitar som gjordes separat.Det verkliga problemet är värme.
Jag har hört talas om DRAM staplade ovanpå, och vi kan se mer av detta eftersom de redan har klarat testet.Det kanske det enda praktiska sättet att bygga uppåt tills du når en värmeavledningsgräns.
Flash stackas ofta med 16 eller fler tärningar staplade tillsammans.Här är värme mindre problem eftersom de extra lagren är för kapacitet - du får bara åtkomst till ett lager åt gången.Det är mindre lätt att göra för processorer där du förväntar dig att alla ska vara upptagna samtidigt.
Som du sa i slutet där tänkte jag att de skulle stapla / binda färdiga skivor som att stapla 100 i7s eller i3s ovanpå varandra för att få en i7-100 eller en i3-100 de processorerna har redan cirka 10 lager så det är därdu får 1000, och detta skulle naturligtvis kosta 100 gånger så mycket som en befintlig i3 eller i7 och vinsterna i prestanda skulle inte exakt vara 1 till 1, men densitetsförbättringarna skulle uppväga prestandaförlusten för superdatorproducenter.Och om du kunde fixa uppvärmningen med en tjock intermittent skiktad kylfläns direkt till en kylare (stor om) Då, ja.
@Ethan722 En avancerad CPU har långt över en miljard transistorer med över 20 kärnor.Vad ingenjörer vill ha är inte staplade processorer utan ett extra lager dram eller blixt, till och med som separata tärningar.Det du föreslår kommer inte att hända under vår livstid.Extrem densitet skapar ALLTID för mycket värme för att vara livskraftigt.
Vår nuvarande datorgräns är mycket sällan vid processorkraft.Datatillgång är den primära flaskhalsen och har varit sant i årtionden.För en typisk dator är uppgradering från hårddisk till SSD och uppgradering av RAM den största smällen. Det finns en anledning till att annonsörer påpekar "STOR HERTZ" för CPU och ger dig en dator med 2-4 GB RAM;systemet kommer att försämras mycket snabbt och du kommer att tro att du behöver en ny, när en $ 100 RAM-uppgradering kommer att göra det i ytterligare 5-10 år.
@Ethan722 (inte en EE-expert bara ett tekniskt huvud som passerar) Värmeavledningen är en mycket större fråga än vad din kommentar gör.En enda AMD Threadripper 3990x kan släcka cirka 280W värme.Om du på något sätt kunde stapla dem 100 högt, pratar du nu om att skingra (280W * 100) = 28KW värme.
Intel designar för närvarande något liknande med sin Foveros staplingsteknik.
@Ethan722,-processorer har körts mot termiska gränser under ungefär de senaste 20 åren.En platt CPU lägger ut mer värme per kvadratmillimeter än en spisbrännare;din föreslagna "staplade CPU" skulle överstiga den för en kärnreaktor.
analogsystemsrf
2020-07-27 13:02:01 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Värmeavlägsnande är problemet.

Redan har vissa marker högre energitäthet än en kärnreaktor.

Tänk på en hårtork ---- 1 500 watt med en air_blast-fläkt för att kyla volframspolarna.Och spolarna lyser matt rött.

Effekttäthet, säkert.Det betyder att de också har högre effekttäthet än solen, eller hur?
"Kärnreaktor" avser i detta sammanhang en kontrollerad ** fission ** -reaktion.En ** fusion ** -reaktor skulle vara jämförbar med solen - men alla kretsar som körs på jämförbara effektnivåer skulle inte hålla länge.
[Tydligen] (https://physics.stackexchange.com/questions/370899/suns-power-density-compared-to-a-compost-heap) är solens effekttäthet egentligen inte så imponerande
@ManfP Ja, men det kan gå 10 miljarder år på en laddning, så det är något ...
@J ... vilket är praktiskt eftersom det smälter varje gång du går nära det med en USB-laddningskabel.
@user253751 Din egen kropp har en högre effekttäthet än solen.
Felix S
2020-07-27 13:00:52 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Men vad skulle du få av det?

  1. Antalet transistorer per mm² mask du får skulle fortfarande vara detsamma, du skulle bara ha fler masker
  2. Justering av flera masker är mycket svårare, desto fler masker måste anpassas.
  3. Du behöver antagligen flera extra sammankopplingsskikt för varje extra transistorlager
  4. Att göra en förbindelse mellan lager är mer ansträngning än att skapa en anslutning i ett lager.
  5. Värmeavledning skulle vara värre
Vissa datorer, t.ex.https://en.wikipedia.org/wiki/Titan_(supercomputer) har använt 3D-anslutningstopologier så att avståndet mellan många noder är mindre.1023 kärnor på 50 μm skivor staplade ovanpå varandra skulle ha mycket mindre avstånd mellan sig än ett 2D-rutnät med 32 kärnor per sida, tillräckligt för att dela GHz-klockor etc.
pjc50
2020-07-27 13:41:14 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Transistorer är mycket lättare att göra på det nedre lagret, eftersom den traditionella strukturen involverar "n-well" eller "p-well" strukturer.

Också: Planarisering.

Det undre "substrat" -skiktet poleras mekaniskt till en mycket hög grad av planhet.Efterföljande skikt etsas och deponeras, men varje gång är det mindre än perfekt.Det finns en risk för att fel uppstår och att funktioner inte anpassas ordentligt till en "klump" i ytan.

Overmind
2020-07-27 15:51:55 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Det finns två huvudorsaker:

  1. Värmeavledning - detta kräver kontaktyta. Den ytan överför värme från CPU till kylsystemet. Om det är 3D blir det extremt svårt att evakuera värme från underlagren eftersom kontaktytan skulle vara betydligt mindre än vad som behövs för att upprätthålla den termiska överföringen.

  2. Avkastning - de är ändå låga i många fall. När nVidia försökte GTX 285 / 295s hade de initiala avkastningar på under 2% och efter processtabilisering var de fortfarande under 10%. Det innebar att de var tvungna att klippa av delar av chipet för att göra kort av lägre klass av den återstående goda delen. Och det var med en standard 2D-process som bara var för stor. Att försöka placera någonting i 3D skulle ha ännu lägre avkastning om vi skulle ignorera uppvärmningsdelen.

Dessutom är det inte något som många skulle vara villiga att bara gå vidare med medan det finns mer att hämta från den nuvarande tekniken att anpassa den fantastiska processen helt (förutsatt att allt annat är bra).

HBM Memory lyckades göra saker i stackar. Det är inte riktigt 3D, det kallades 2.5D på grund av att det bara hade några lager och det är en dyr lösning. Paketstorleken är stor och det kommer med utmaningar för termisk hantering (även om värmen som genereras är betydligt lägre jämfört med processorer). Den avancerade chipförpackningsteknologin som vertikalt ansluter DRAM-chipformar med hjälp av elektroder som tränger in i de mikron tjocka formarna genom mikroskopiska hål kom till undsättning i detta fall.

HBM - många fina staplings- / mellanläggsbilder tillgängliga online.Inte heller nämns i andra svar är NAND Flash-minnen - dessa har gått vertikalt i stort, med [128 cellskikt staplade vertikalt] (https://www.google.com/search?q=128+layer+nand+blixt + tvärsnitt).Eftersom endast en av de 128 kan vara aktiva är värmen inte ett problem.
NANDs bearbetas inte kontinuerligt med de flesta av deras "celler" så det kan vara ganska bra ur ett värmeperspektiv.
user5216459
2020-07-29 18:37:34 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Saken är att dagens forskare inte förstår varför saker blir heta även när specifika energier används för att uppnå ett specifikt resultat.

Det handlar helt om kvantens energipotential för att uppnå en vändning av en transistor (överbelastad / underbelastad) som de inte kan göra perfekt på grund av universella krafter som verkar på ditt chip trots att den är skyddad, krafter samverkar fortfarande med dessa potentialer är dessa interaktioner bäst gissade i bästa fall och verkar inte ta hänsyn till deras tänkande, energiavfall släpps ut från alla geometriaxlar och inte rakt längs vägen för minst motstånd, även övertonerna för ämnet energin är att följa igenom är inte perfekt geometriskt men det är bara en annan fråga.

Jag avviker, 3D-stapling kräver mellanliggande avfallssamlare som absorberar avfallsenergin från chipet istället för att passivt utvinna avfallet.

Tänk på varje transistor som överbelastad av fluktuationer över tid som orsakar ett utsläpp som ett kraftverk när man bryter ett gnistgap, energin måste gå någonstans innan anslutningen bryts vid den första anslutningen men eftersom det inte är det, är transistorn orsakar en emission som strålar ut energin i form av värme på grund av den spontana kraschen av spillenergi som försöker utlösa transistorn men inte kan och så reflekteras den eller energin fortsätter bara att kollidera med CPU: ns geometri tills den är ur energi och varje gång den reflekteras bryts den ner och avger värme ...

Tricket är att ha en trickle-down-bearbetning som en bunt kort i en triangel, varje näsa i den kortpyramiden spåras från början till slut och den återstående energin skulle dumpas till en annan processor som bara är där för att FYLLA KRAV om att absorbera avfallsenergin om någon.

Anledningen till att du vill att en annan processor ska hämta avfallsenergin är att energin behöver försvinna och fungera naturligt, vägen för minst motstånd händer i många skalor och former, timing är mycket viktigt, ju snabbare din klocka desto mertid måste du leka med den energi du har.

Jag skulle gärna höra från den person som nedröstade min kommentar och försöka förklara något annorlunda och om varför de nedröstade alls men jag tvivlar knappast på att jag kommer att höra från dem.
Det är inte jag som nedröstade dig, men det finns några saker i ditt svar som bara inte är vettiga eller som är helt fel.Energi som kraschar i transistorer?Energi misslyckas med att utlösa transistorer?Energi bryts ner?Och värme kommer från det?Människor idag förstår inte varför det blir varmt?Att klocka snabbare minskar energiförbrukningen?
Vad är "avfallsuppsamlare"?Detta är inte en vanlig EE-term och du förklarar aldrig vad de är eller hur de fungerar.Samma för "sippra ned bearbetning".Ett bra svar bör vara förståeligt för andra genom att använda standardterminologi där det är möjligt och definiera termer där inte.
Svaret är osammanhängande.Om det försöker säga något, försöker det säga för mycket med för lite.


Denna fråga och svar översattes automatiskt från det engelska språket.Det ursprungliga innehållet finns tillgängligt på stackexchange, vilket vi tackar för cc by-sa 4.0-licensen som det distribueras under.
Loading...