28. 9. 2012

3D čip = 3D chladenie


Presne o rok už budeme o PS4ke vedieť takmer všetko, o šesť mesiacov nás možno čaká nejaký predčasný únik informácii o herných/technologických ukážkách, ktorými pravý next gen na E3 2013 trochu prihluší Wee Urinal. Jeden rok je vôbec zázračný časový úsek. PS1 by mala 4 mega ram, quad speed CD romku a bilineárne filtrovanie textúr, cirka 250K polygónov za sekundu s efektami /perspektívna korekcia textúr/. Hry by dodnes vyzerali skvele. PS2 by zas dostala 64 mega ram a jednoduchý pixel shader vo svojom GPU. DOOM 3 by bol malina. PS3 s derivátom Nv8800 a 256 mega ram navyše /tzv. "dokonalá PS3"/. Dnes by sme boli vysmiate mesiačiky na hnoji a necítili takmer žiaden tlak na skok do ďalšej generácie. PS4 dostane vďaka dlhšiemu "cyklu" a globálnej kríze ku dobru práve ten jeden rok, možno o trošku viac.

Celé mesiace tu laicky riešime problém ako do PS4 napchať pri cca 180-200w vyžiareného tepla čo najviac výkonu a ako to stabilne a lacno uchladiť. Na oboch týchto neľahkých komplikáciach pracujú dlhé roky inžinieri všetkých špičkových vývojárov čipov /IBM, Intel, AMD, Nvidia/. Plody ich práce by sme mali stihnúť zabudovať do PS4 a pomôže  nám k tomu práve ten jeden získaný rok. Dúfajme.

Intel urobil v roku 2006 jeden zaujímavý pokus so svojim špičkovým CPU Pentium 4 tuším triedy Gallatinna Extreme Edition na 3.73GHz. Papalo im to v maxime okolo 147 watt/99°C a stál 999+ USD. Proste "extreme expensive". Na konci ich práce bol prototyp s identickým výkonom na nižšej frekvencii pod 3Ghz a so spotrebou a teplotou v špičke na úrovni 68watt/77°C. Famózny výsledok. Akú čiernu mágiu teda použili?

3D stacking /sendvič/, 3D čip. Akákoľvek súčiastka /vodič, tranzistor, hradlo, zbernica/ ktorou tečie prúd zároveň aj produkuje odpadné teplo. Špekulovali teda ako razantne skrátiť dráhu po ktorej dáta v čipe behajú. Ak teda na štvorcovom CPU niečo beži z jedného rohu do druhého, prečo by to nemohlo ísť rovno "dole" a kratšie. Rozhodli sa teda rozdeliť CPU na časti, kroré nalepili na seba a spojili ich stovkami priechodných spojok /TSV - through silicon vias/. Tých ďalších optimalizácii tam bolo samozrejme celé more. Najbližšie k heatsinku boli teplotne najnáročnejšie bloky CPU, dolu zas tie chladnejšie /keška/. V modelovaní im pomáhal aj rafinovaný CAD program, ktorý držal teplotu do 85°C pre najhorúcejšie časti a dokonečne hľadal najlepšie priestorové usporiadanie. 3D stacking dnes používa aj SONY PSV /avšak bez ultra rýchlých TSV/. Pri PS4 sa predpokladá práve toto optimálne riešenie 3D stack + TSV /GPU plus lokálna VRAM v jednej 3D kocke alebo CPU a RAM atď/ Aj tak však tu masu optimalizovaného výkonu bude treba v malej krabici konzol nejako solídne uchladiť.

3D sendvič s vnútorným chladením /žlté spojky sú TSV/ a prvý IBM prototyp

3D chladenie. Použijem inú štúdiu z roku 2008 od IBM /dnes na tom robia prakticky všetci/. Zobrali nejaké svoje vzduchom chladené Power PC na 3.0Ghz operujúce na 102watt/88°C a dostali ho na 47°C. Skrze vnútro celého čipu pretiahli 3D sieť tenkých chladiacich trubíc /150 mikrometrov/. Fluidné mikrokanály, obdoba tých "elektrických" TSV spomenutých vyššie. Litografický proces je samozrejme o trošku zložitejši. To sa týka veľkých desktop čipov, je možné však túto fintu použiť aj na 20 watt procesory v notebooku alebo 2 wattové v mobile. Otázka teda zneje, či nám ten rok navyše bude naozaj stačiť na zabudovanie oboch týchto technológii naraz do PS4ky. Získali by sme takto výkon a spoľahlivosť "zadarmo".