Como líder da equipe de engenharia que trabalhou com a TSMC, por três anos para a fabricação de Kepler, eu gostaria de melhor esclarecer o impacto da tecnologia do processo de 28nm na eficiência da Kepler.
A GeForce GTX 680 28nm possui apenas 294 milímetros quadrados de die
Kepler foi um projeto ambicioso porque ele introduziu uma nova arquitetura ao mesmo tempo como um novo nó no processo de tecnologia de silício. Isto é mais ou menos como projetar um novo motor a jato, usando materiais exóticos que ainda estão em desenvolvimento. Muito parecida com os engenheiros da Pratt & Whitney, houve um intenso foco na eficiência energética, para entregar o melhor desempenho por unidade de energia (watts no nosso caso, galões de combustível de avião no deles).
O avanço que a TSMC oferecia era uma nova tecnologia de processo otimizado. A Kepler é fabricada usando o processo de 28nm da TSMC de alta performance (HP), o processo mais avançado de fundição de 28nm que usa a sua primeira geração de tecnologia "high-K metal gate" (HKMG) e a segunda geração de SiGe (silício-germânio) reforçado. HKMG é um processo que utiliza uma porta com uma película isolante com uma constante dieléctrica elevada, que reduz o consumo de energia através da porta em comparação com a porta da geração anterior SiON. SiGe é um processo químico que estica os átomos de silício para melhorar a mobilidade ou a frequência eficaz do transistor. Ambos os avanços técnicos melhoram o desempenho por watt do transistor que se traduzir em um sistema de energia mais eficiente.
Ao usarmos o processo HP de 28nm da TSMC, nos permitiu reduzir o poder ativo por cerca de 15% e o desperdício em cerca de 50% em comparação com o processo anterior de 40nm, resultando em uma melhoria global em eficiência de energia de cerca de 35% (ver gráfico). Deixe-me explicar por que isso é tão crítico.
Hoje, a principal restrição no desempenho do processador é o seu consumo de energia. Assim, nosso objetivo é sempre desenvolver soluções que proporcionam o melhor desempenho dentro de um orçamento de alimentação fixo. Tendo um processo mais eficiente para a adição de mais núcleos de processamento, aumentando assim o desempenho. Simplificando, uma maior eficiência é igual a um maior desempenho e um ótimo desempenho por watt.
Para maximizar a eficiência de 28nm (durante o desenvolvimento de uma nova arquitetura), fomos obrigados a mudar o nosso modelo de desenvolvimento do processo de silício com a TSMC. No processo anterior com a Fermi, nós tínhamos trabalhado de forma independente, com a TSMC na preparação do processo, e a NVIDIA trabalhando no projeto de designe. Os engenheiros da TSMC produziam de sua melhor forma a plataforma de processos de volume, e a NVIDIA implementava nossos projetos seguindo as diretrizes e regras do processo de design e performance elétrica.
Para Kepler, começamos a trabalhar em conjunto com a TSMC, três anos antes do nosso produto tape-out (quando o projeto do processador está completo e pronto para a fabricação). Juntos, criamos um Veículo de Qualificação de Produção (PQV) para garantir que os engenheiros do processo TSMC e os nossos engenheiros de projetos internos, aperfeiçoassem o processo antes que o produto tape-out ficasse pronto. Através de repetidos protótipos, fomos capazes de otimizar tanto o processo e o design, criando um design Kepler mais eficiente ao invés de simplesmente um chip em um processo padrão de 28nm.
O processo HP de 28nm da TSMC visto aqui com um
microscópio de elétron, é cerca de 30% menor do que o processo anterior de 40nm e 35% mais eficiente energeticamente.
Estamos extremamente orgulhosos do que realizamos com a Kepler. Ela combina a engenharia líder mundial NVIDIA GPU com processo de engenharia muito mais apurado de 28nm da TSMC. Mas, mesmo a Kepler sendo um marco importante, é apenas um novo ponto de partida. Nós continuaremos a melhorar o que desenvolvemos e continuaremos nossa colaboração com a TSMC. Na verdade, recebemos recentemente a nossa primeira versão de um PQV melhorado para 20nm da TSMC. Esse processo irá produzir uma eficiência ainda maior para as GPUs NVIDIA da próxima geração.
Matéria postada no blog oficial da Nvidia.
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