La industria informática china se enfrenta a un gran desafío: las sanciones de Estados Unidos que limitan su acceso a los componentes clave. Pero los ingenieros chinos no se rinden y buscan soluciones innovadoras para mejorar el rendimiento de sus procesadores. Una de ellas es el uso de circuitos integrados de oblea completa, que aprovechan todo el potencial de una oblea de silicio para crear chips más potentes y eficientes.
Un grupo de investigadores del Instituto de Tecnología Informática (TIC) de la Academia China de Ciencias, liderado por los profesores Xu Haobo y Sun Ninghui, ha desarrollado un procesador innovador, bautizado como 'Zhejiang'. Este procesador es el resultado de un trabajo pionero en el campo de los circuitos integrados de oblea completa, que se explicó en Fundamental Research el pasado 29 de diciembre.
Un nuevo 'Big Chip' chino que promete revolucionar la informática
El equipo de investigadores planteó una solución innovadora para crear un chip con un área más grande, que pudiera mejorar el costo, el rendimiento y la tecnología de litografía. A este chip lo denominaron “Zhejiang”, por su gran tamaño. Tamaño mayor que el que puede alcanzar la máquina de litografía más sofisticada que existe.
Un Big Chip es un chip que destaca por su gran tamaño. Gracias a ello, puede albergar más transistores, que son los componentes electrónicos básicos de un chip, que un chip convencional hecho con la tecnología actual.
En otras palabras, se trata de un chip gigante que se compone de varios chiplets.. Este sistema ahorra cables y conexiones y hace que el diseño del Big Chip sea más sencillo.
El fin de la ley de Moore impulsa el desarrollo de chips más grandes y potentes
El profesor Han Yinhe, del Instituto de Tecnología Informática (TIC) y autor principal del artículo, explicó que el escalado de transistores ya no es suficiente para crear chips de alto rendimiento debido a los límites de la ley de Moore. Por eso, una solución clave es aumentar el área del chip para incorporar más transistores y mejorar así el rendimiento.
La ley de Moore es una regla que describe la evolución de los circuitos integrados. Según esta ley, el número de transistores que se pueden colocar en un circuito integrado se multiplica por dos cada dos años aproximadamente.
Zhejiang Big Chip: un chip con más de un billón de transistores y dos métodos de creación
Debido a su enorme cantidad de transistores, más de un billón, posee una gran potencia. Para fabricar este chip, se pueden usar dos técnicas diferentes, que se explican a continuación.
Han explicó que una forma de fabricar el Big Chip es usar la integración de chiplets, que consiste en juntar varios chiplets en un sustrato y empaquetarlos como uno solo. Un ejemplo de este método es el SoC Kunpeng 920 de Huawei, que tiene el mismo tamaño que una CPU normal.
Han también describió otro método para fabricar el Big Chip, que se llama integración a escala de oblea (WSI). Este método consiste en usar una oblea de silicio completa para construir un circuito integrado muy grande.
El procesador Zhejiang Big Chip usa WSI y un proceso CMOS de 22 nm para su diseño y fabricación
WSI es el método que permite crear un circuito integrado gigante a partir de una oblea de silicio entera. El procesador Zhejiang Big Chip se basa en este método y en un proceso CMOS de 22 nm para su diseño y fabricación.
Los Big Chips son chips que tienen muchos núcleos, que son las unidades de procesamiento de un chip. La comunicación entre los núcleos es importante para que trabajen juntos, pero también puede afectar su rendimiento. Por eso, el diseño arquitectónico de los chips es un factor clave para el funcionamiento de los Big Chips.
"El procesador tiene una arquitectura de mosaicos que se adapta al tamaño. Tiene 16 chiplets, y cada uno tiene 16 CPU que se comunican por una red interna. Los chiplets también se conectan entre sí de forma simétrica para que puedan trabajar juntos. El procesador también tiene un sistema de memoria unificado que permite a los núcleos de los mosaicos acceder a toda la memoria del procesador."
Han Yinhe.
Los retos de los Big Chips: rendimiento, enfriamiento y fiabilidad
A pesar de ofrecer una gran capacidad de cómputo, también tienen sus dificultades. Algunos de los problemas que deben superar son el rendimiento, enfriamiento y fiabilidad de los chips, que dependen de varios factores técnicos y ambientales.
Han, el autor del artículo, explicó que hacer chips gigantes es un proceso complejo que requiere mucha precisión, ya que hay muchos factores que pueden afectar el resultado. Aunque existen métodos para optimizar este proceso, tienen un alto costo.
Otro problema es que también generan mucho calor. Por eso, necesitan sistemas de refrigeración eficientes y diseños que reduzcan el consumo de energía. Además, el diseño de los Big Chips implica retos como el mapeo de tareas y la exploración espacial de diseño, que son difíciles de resolver.
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