Η Nvidia κατέθεσε πατέντα στις ΗΠΑ η οποία θα της επιτρέψει την κάθετη σύνδεση πολλαπλών chip dies.
Σκοπός της πατέντας που κατέθεσε η Nvidia είναι η τοποθέτηση GPU chips το ένα πάνω στο άλλο, αυξάνοντας έτσι την ιπποδύναμη των γραφικών.
Ο χρήστης του Twitter με το ψευδώνυμο @Underfox εντόπισε τη πατέντα που υπεβλήθη τον Ιανουάριο του 2020 και εγκρίθηκε μόλις την περασμένη την Τρίτη. Αναφέρεται σε ένα εξάρτημα που ονομάζεται through silicon via (TSV) το οποίο είναι επί της ουσίας μια δίοδος σύνδεσης πολλαπλών chip dies με κάθετη φορά. Η πρόταση της Nvidia εδώ είναι να τοποθετήσει τα chips «πρόσωπο με πρόσωπο» και συνδέοντάς τα με TSVs.
Η τεχνολογία έχει σκοπό να βελτιώσει τη ροή του ρεύματος των δύο chip dies, «επεκτείνοντας το TSV, η αντίσταση μειώνεται επιτρέποντας τη σωστή τροφοδοσία του δεύτερου chip die», φαίνεται πως αναγράφει η πατέντα στο συνοδευτικό κείμενο. «Η αντίσταση μπορεί να μειωθεί κι άλλο με τη χρήση ενός πιο χοντρού μεταλλικού επιπέδου που συνδέει τα dies, κάτι που δε θα μπορούσε να επιτευχθεί διαφορετικά».
Η Nvidia χρησιμοποιεί ήδη αντίστοιχη chip-stacking τεχνολογία για την τοποθέτηση μνημών κάθετα στις GPUs από το 2014 με την αρχιτεκτονική Pascal. Ωστόσο η νέα πατέντα αναφέρει τη δημιουργία ενός ολοκληρωμένου package ημιαγωγών «όπου η μονάδα επεξεργασίας του πρώτου ημιαγωγού είναι η πρώτη GPU, ενώ η μονάδα επεξεργασίας του δεύτερου ημιαγωγού είναι η δεύτερη GPU».
Το προφανές όφελος από το GPU stacking είναι ο διπλασιασμός των διαθέσιμων transistors και έτσι παρατηρούμε αύξηση της ιπποδύναμης των γραφικών διατηρώντας το ίδιο εμβαδόν επάνω στην πλακέτα. Όμως τα 3D chips είναι δύσκολα στην παραγωγή και μια από τις μεγαλύτερες δυσκολίες που έχει να αντιμετωπίσει ο κολοσσός είναι η δημιουργία μιας απροβλημάτιστης σύνδεσης μεταξύ τους, ενώ μια ακόμα είναι το ρίσκο της υπερθέρμανσης με τους πυρήνες να εφάπτονται πρακτικά ο ένας στον άλλον.
Παρά της δυσκολίες η πατέντα της Nvidia εστιάζει στον μεγάλο αριθμό (δεκάδες χιλιάδες) των συνδέσεων που απαιτούνται μεταξύ των πυρήνων για τη μεταφορά των δεδομένων. «Για την επίτευξη υψηλών ταχυτήτων απαιτείται χαμηλή αντίσταση στο σήμα αλλά και μικρής διαδρομής συνδέσεις για τη μείωση επαγωγικών και χωρητικών επιδράσεων (σ.σ. θεωρία ηλεκτρισμού)», συνεχίζει η εταιρία. «Επιπλέον, με την αύξηση του μεγέθους των συσκευών και του αριθμού των transistors που ενσωματώνονται σε μια συσκευή, αυτές απαιτούν υψηλά επίπεδα ρεύματος και ισχύος για να λειτουργήσουν, κάνοντας έτσι την τροφοδοσία δύσκολη».
Για τη βελτίωση της ηλεκτρικής ροής, η Nvidia προτείνει την τοποθέτηση των chips ‘πρόσωπο με πρόσωπο’ έναντι ‘πρόσωπο με το πίσω μέρος του δεύτερου’, όπως γίνεται για παράδειγμα, στις μπαταρίες εν σειρά.
«Η τοποθέτηση πρόσωπο με πρόσωπο επιτρέπει μεγαλύτερο αριθμό συνδέσεων μεταξύ των dies με μεταλλικά bump pads», προσθέτει η εταιρία. Αναφέρεται μεταξύ άλλων ότι η Nvidia θα μπορεί να δοκιμάζει το κάθε chip die εκ των προτέρων πριν τα τοποθετήσει στο stack μειώνοντας ενδεχομένως τα προβληματικά προϊόντα κατά την κατασκευή.
Ο χρόνος θα δείξει εάν η Nvidia θα χρησιμοποιήσει πράγματι GPU stacking μεθόδους κατασκευής σε κάποιο προϊόν, όμως πίσω στο μακρινό 2018 η TSMC παρουσίασε στο κοινό την δική της εκδοχή μιας wafer-on-wafer τεχνολογίας.
