Splitting complex chip designs into multi-chiplet solutions is all the rage these days. AMD already uses multi-chiplet designs for its CPUs and datacenter GPUs, and it also has less complex chiplets for its current generation RDNA 3 RX 7000-series GPUs. Now it looks like the company is looking to produce more complex multi-chiplet GPUs for a wider range of applications, according to a new patent filed on December 8, 2022, and discovered this week.
“A graphics processing unit (GPU) of a processing system is partitioned into multiple dies (referred to as GPU chiplets) that are configurable to collectively function and interface with an application as a single GPU in a first mode and as multiple GPUs in a second mode,” the abstract description of the patent application reads.
(Image credit: AMD)
Isso claramente difere da arquitetura RDNA 3 atual, onde a AMD usa um chiplet central GCD (Graphics Compute Die) para todas as funções principais de um GPU, e múltiplos chiplets MCD (Memory Cache Die) para a interface de memória e cache. Os GPUs de data center CDNA são mais parecidos com o que está descrito aqui, com múltiplos chiplets de computação/processamento.
A patente descreve uma implementação bastante específica de um GPU com três conjuntos de chiplets de GPU e um die de multimídia. Cada conjunto de chiplets de GPU consiste em um die de front-end e dies de engine de shader (a patente mostra três dies de SE, embora o número real possa ser diferente). Tal GPU de múltiplos chiplets pode funcionar em três modos:
- Primeiro Modo, GPU Único: Todos os chiplets de GPU trabalham juntos como um GPU unificado, compartilhando recursos e tarefas de processamento colaborativamente. Neste modo, um die de front-end normalmente lida com o agendamento de comandos para todos os dies de engine de shader dentro do GPU. Basicamente, é assim que os GPUs tradicionais funcionam.
- Segundo Modo, Múltiplos GPUs: Os chiplets de GPU são divididos em grupos distintos, cada um funcionando como um GPU independente. Cada grupo tem seu próprio die de front-end responsável por agendar tarefas para seus dies de engine de shader associados.
- Terceiro Modo, Configuração Híbrida: Este modo oferece uma configuração flexível onde alguns chiplets de GPU operam como um único GPU, enquanto outros funcionam como GPUs independentes.
Os designs de GPU de data center da AMD têm sido desagregados por vários anos, e a patente provavelmente visa primeiro os GPUs de data center de múltiplos chiplets, mas também pode se estender aos GPUs de cliente. Existem várias razões pelas quais a AMD pode estar procurando desagregar seus GPUs de cliente no futuro.
Primeiro, com a chegada da litografia EUV de alta NA e seu campo de exposição reduzido (ou tamanho de máscara), os designs de múltiplos chiplets se tornarão mais comuns em geral. Dado que a AMD já tem experiência suficiente com designs de múltiplos chiplets, os GPUs de múltiplos chiplets podem ser uma opção viável.
Segundo, como os dies monolíticos grandes estão se tornando proibitivamente caros para produzir, adotar um design de múltiplos chiplets para GPUs de cliente é uma boa maneira para a AMD reduzir custos. Ela já fez isso em parte com os chiplets GCD/MCD, mas essa é a primeira iteração de chiplets de cliente e esperamos que a AMD continue nesse caminho com designs futuros. Os chiplets também tornam possível colocar o engine de shader e o hardware de computação principal em um nó de ponta, com o engine de front-end em uma tecnologia de processo mais antiga e barata.
Com múltiplos chiplets, está se tornando mais fácil escalar o desempenho do GPU de soluções de nível básico para produtos de alta gama. Na verdade, isso é o que a descrição do resumo da AMD diz:
“Dividindo o GPU em múltiplos chiplets de GPU, o sistema de processamento configura de maneira flexível e econômica uma quantidade de recursos físicos ativos de GPU com base em um modo de operação,” afirma a patente. “Além disso, um número configurável de chiplets de GPU são montados em um único GPU, de modo que múltiplos GPUs diferentes com diferentes números de chiplets de GPU podem ser montados usando um pequeno número de tape-outs e um GPU de múltiplos dies pode ser construído a partir de chiplets de GPU que implementam várias gerações de tecnologia.”
Novamente, a AMD já reivindicou o uso de chiplets de GPU com RDNA 3, mas isso claramente representa um passo além daquele nível de divisão de funcionalidade em diferentes chips. Vimos algo semelhante com os CPUs Ryzen, onde a primeira geração de chiplets era mais uma prova de conceito, com designs seguintes melhor segregando a funcionalidade para extrair o máximo de desempenho e escalabilidade. A AMD não terminou com os chiplets de GPU, e suspeitamos que a maioria dos jogadores no espaço de GPU acabará adotando uma abordagem semelhante.