Deje de obsesionarse con el recuento de transistores: es una forma terrible de comparar chips

Un chip de múltiples núcleos

Durante la mayor parte de los últimos 20 años, fundiciones como TSMC e IDM (fabricantes de dispositivos integrados) como Intel han operado en vías paralelas con una mínima interacción directa. En los últimos años, eso ha cambiado. Intel no solo está introduciendo su hardware en mercados que suelen ser atendidos por algunos de los clientes más grandes e importantes de TSMC, sino que los dos fabricantes de chips han comenzado a discutir entre sí sobre métricas clave de transistores, incluidos los recuentos de transistores. El A8 de Apple y el Core M / Broadwell de Intel han iniciado la última ronda, y tanto los partidarios de Intel como de TSMC afirman que varios puntos de datos demuestran que su empresa preferida es superior.

Desafortunadamente, de todas las formas de comparar la salida de dos fundiciones, el conteo de transistores (y las derivaciones asociadas de densidad relativa) es una de las peores. No importa si cree que Intel o TSMC tienen una ventaja particular en la densidad; confiar en el número de transistores para argumentar qué producto es mejor es un error importante. Este es el por qué.

Los transistores no son iguales

La densidad de transistores es una métrica útil cuando se comparan dos chips idénticos (o casi idénticos) en nodos de proceso en la misma fundición. Cuando Chipworks analizó el Apple A8 SoC recientemente, realizó este tipo de análisis, comparando el tamaño de cada bloque principal de SoC (CPU, GPU y caché) a 20 nm con el Apple A7 a 28 nm. Este tipo de análisis de grano fino revela tres proporciones de escala completamente diferentes entre los dos nodos: porque no todos los transistores escalan por igual.

Esta regla no solo se aplica a diferentes tipos de circuitos, sino que afecta los diseños de diseño para el mismo tipo de circuito a diferentes velocidades de reloj. El siguiente gráfico ilustra cómo cambia la densidad de SRAM proyectada a medida que aumenta la velocidad del reloj entre 16 nm y 28 nm (la línea azul es 28 nm, la línea verde es 16 nm).

Densidad SRAM

A 500 MHz, la SRAM de 16 nm es un 60% más densa que el chip de 28 nm. A 1550 MHz, la SRAM de 16 nm es solo un 10% más densa que la de 28 nm. Si bien esta es una proyección de la densidad SRAM esperada, no una revisión de ningún proceso en particular, ilustra la cuestión de la frecuencia puntual y la velocidad.

No siempre es mejor tener más transistores

Hasta principios de la década de 2000, el número de transistores estaba una indicación válida de cuánta potencia de procesamiento adicional se podría empaquetar en un área. La ley de Moore y la escala de Dennard, cuando se combinaron, sostuvieron que se podrían empaquetar más transistores en el mismo espacio y que esos transistores usarían menos energía mientras operaban a una velocidad de reloj más alta. El escalado clásico de Dennard ya no ocurre en cada nodo inferior, lo que significa que empaquetar más transistores en un espacio más pequeño ya no garantiza un menor consumo total de energía. Formación de puntos calientes es un factor limitante importante en el rendimiento en estos días, lo que significa que empaquetar más transistores en áreas más pequeñas también puede limitar las velocidades de reloj sostenidas.

DennardEscala

Sin embargo, es igualmente importante el hecho de que empaquetar más transistores en un espacio más pequeño ya no se correlaciona directamente con mayores actuación, ya sea. En los viejos tiempos, duplicar el número de transistores de un chip se traducía directamente en más caché, núcleos de CPU adicionales o un controlador de memoria integrado. Hoy en día, esos transistores adicionales se pueden gastar en lógica de compuerta de energía sofisticada, bloques funcionales adicionales dentro del SoC que no impactan directamente en las métricas de rendimiento tradicionales, o gastar en capacidades como big.Little: el método de ARM para mejorar la eficiencia energética del SoC mezclando núcleos de alta y baja potencia.

En algunos casos, estas nuevas características aún mejoran el rendimiento al permitir frecuencias de ráfagas más altas o una mayor duración de la batería, pero la cuestión de si más transistores dan como resultado un mejor producto final depende completamente de cuáles sean los criterios para 'mejor'.

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