Pratinjau ISSCC 2019: Hukum Moore mungkin melambat, tetapi inovasi tidak

Konferensi Sirkuit Solid-State International, alias ISSCC, yang berlangsung minggu depan di San Francisco akan menjadi bagian penting untuk apa yang tidak akan ada di sana. Untuk pertama kalinya dalam memori baru-baru ini, konferensi semikonduktor tahunan – sekarang di tahun ke-66 – tidak akan menyertakan prosesor tujuan umum baru, sebagai tanda bagaimana industri chip berubah. Tetap tidak akan ada kekurangan inovasi dengan perangkat keras yang canggih di berbagai bidang seperti AI, nirkabel 5G, otomotif dan perawatan kesehatan.

Kurangnya presentasi mikroprosesor utama tampaknya mencerminkan dua tren. Pertama, penskalaan Hukum Moore melambat ketika transistor mendekati batas fundamental. Ice Lake 10nm dari Intel tidak akan tiba sampai liburan dan pengecoran masih ramping chip 7nm (dengan dimensi yang sebanding), sehingga 5nm masih bertahun-tahun. Kedua, peningkatan baru-baru ini berasal dari CPU untuk keperluan umum dan lebih dari akselerator khusus seperti GPU, FPGA dan chip khusus yang dikenal sebagai ASIC. Sesi prosesor tahun ini tidak kekurangan chip khusus untuk masalah otomotif, robotika, kriptografi, pemrosesan grafik, dan optimisasi. IBM juga akan memberikan ceramah tentang KTT di Laboratorium Nasional Oak Ridge dan Sierra di Laboratorium Nasional Lawrence Livermore, yang menggunakan kombinasi CPU Power9 dan GPU Nvidia Tesla V100 untuk melompat ke daftar Top500 saat ini dari komputer tercepat di dunia.

FacebookYann LeCun akan membuka konferensi dengan pembicaraan tentang tantangan untuk terus membuat kemajuan dalam AI. Sebagian besar kemajuan dalam pembelajaran mendalam sejak kontes ImageNet pada tahun 2012 adalah dalam pembelajaran terawasi, yang membutuhkan banyak data yang dilabel oleh manusia, atau dalam pembelajaran penguatan, yang membutuhkan terlalu banyak uji coba agar praktis untuk banyak aplikasi. Tantangan utama untuk dekade berikutnya, LeCun akan berpendapat, akan membangun mesin yang dapat belajar lebih seperti manusia. "Pembelajaran mandiri ini" akan membutuhkan perangkat keras yang jauh lebih kuat daripada yang kita miliki saat ini, tetapi suatu hari nanti bisa menghasilkan mesin dengan beberapa tingkat akal sehat.

Peningkatan beban kerja AI dan pembelajaran mesin telah menyebabkan SoC seluler dengan unit pemrosesan saraf seperti AppleA12 Bionic dan Huawei HiSilicon Kirin 980 untuk smartphones dan perangkat tepi lainnya. Dalam sesi terpisah tentang pembelajaran mesin, Samsung akan mengungkap prosesor neural dual-core dengan 1.024 multiply-akumulasi (MAC) unit yang dirancang untuk proses 8nm yang mampu 6,94 triliun operasi per detik pada 0,8 volt. Samsung mengatakan arsitektur prosesor neuralnya memberikan kecepatan 10x lebih tinggi dari yang sebelumnya, yang sulit untuk diverifikasi tanpa rincian lebih lanjut tentang format data dan algoritma, tetapi yang jelas adalah bahwa kinerja neural Prosesor telah berkembang pesat seperti yang ditunjukkan grafik di bawah ini yang membandingkan kemajuan chip pembelajaran mesin sejak konferensi tahun lalu. Pembicaraan tahun ini juga akan mencakup desain yang dapat menangani berbagai jenis jaringan saraf tiruan (termasuk chip neuromorfik untuk sparing jaring saraf) dan presisi multi-bit untuk menukar akurasi dan throughput.

Kinerja dan efisiensi prosesor jaringan saraf meningkat dengan cepat.

Sumber: ISSCC 2019

Salah satu tantangan utama untuk perangkat keras AI adalah membuat mesin pengolah yang sangat paralel ini sibuk karena sistem tidak dapat membaca data dari memori dan menulis hasilnya kembali dengan cukup cepat. Tahun ini, ISSCC akan mencakup forum sore yang ditujukan untuk arsitektur yang berfokus pada memori untuk AI dan aplikasi pembelajaran mesin dengan pembicaraan oleh ARM, IBM, Intel, Nvidia, dan Samsung. Pada high-end, memori yang lebih cepat seperti High-Bandwidth Memory (HBM) dan GDDDR6 membantu mengatasi hal ini dan memori kelas penyimpanan yang muncul seperti STT-MRAM dapat mengisi kekosongan antara memori sistem DRAM dan penyimpanan solid-state flash.

Solusi yang lebih baru yang merupakan fokus dari banyak penelitian saat ini memotong sama sekali transfer data dan bukannya angka-angka dalam array memori. Beberapa kandidat CIM (hitung dalam-memori) pada konferensi tahun ini termasuk makro ReRAM dan SRAM. Desain ini sangat menjanjikan untuk pembelajaran mesin pada perangkat tepi karena mereka memiliki latensi yang sangat rendah dan sangat efisien dalam hal operasi per detik per watt.

Baca lebih lajut

Konferensi ini juga akan memuat banyak berita tentang perangkat memori tertanam dan mandiri yang lebih konvensional. Baik Samsung dan TSMC akan menghadirkan bitcells SRAM dual-port 7nm untuk aplikasi berkinerja tinggi (dual-port RAM memungkinkan banyak pembacaan dan penulisan dilakukan secara bersamaan untuk meningkatkan kinerja). ISSCC juga akan menampilkan beberapa presentasi pertama pada memori DRAM generasi terbaru untuk meningkatkan bandwidth dan mengurangi daya. Samsung akan menjelaskan perangkat LPDDR5 (daya rendah DDR5) generasi 10nm untuk generasi pertama smartphones dan aplikasi seluler lainnya, yang tidak hanya lebih cepat (7,4Gbps per pin) tetapi juga memotong daya baca dan tulis masing-masing sebesar 21 persen dan 33 persen, dibandingkan dengan LPDDR4X saat ini. Rival SK Hynix akan menghadirkan chip DDR5 16Gb yang beroperasi pada 6,4Gbps per pin dan memangkas daya hampir sepertiga.

SK Hynix juga akan melakukan pembicaraan yang menarik pada paket DRAM yang dikelola yang menggabungkan delapan chip dengan controller untuk mencapai kapasitas 512GB pada modul. Modul 256GB pertama berdasarkan chip DDR4 16Gb (hingga empat per paket) baru saja memukul pasar mendorong kapasitas dalam server dua-socket Xeon Scalable "Cascade Lake" scalable dua server ke 6TB.

Di sisi penyimpanan, pengenalan memori flash NAND 3D dan pemrograman tiga-(TLC) dan empat-bit-per-sel (QLC) mendorong kepadatan ke ketinggian baru. Western Digital (SanDisk) akan mengumumkan tumpukan memori 3D tertinggi di industri dengan 128 lapisan dan sirkuit periferal di bawah array yang menghasilkan chip TLC 512Gb. Samsung juga akan menghadirkan chip TLC 512Gb terbaru sementara perangkat Toshiba 96-layer menggunakan QLC untuk mendorong kepadatan hingga 1,33Tb per chip atau lebih dari 1GB per milimeter persegi.

Dengan kemajuan pesat dalam NAND 3D stack, memori flash terus mengungguli semua pesaing yang muncul.

Sumber: ISSCC 2019

Komputasi berperforma tinggi, pusat data cloud besar dan jaringan 4G dan 5G yang lebih cepat mendorong permintaan untuk jaringan yang lebih cepat di semua tingkatan. Konferensi tahun ini akan mencakup beberapa pengumuman beberapa transceiver wireline state-of-the-art yang menggunakan modulasi PAM-4 untuk mencapai kecepatan pada atau di atas 100Gbps-termasuk tiga chip 7nm (eSilicon, Huawei dan MediaTek) dan desain IBM 14nm FinFET yang menjangkau sebuah rekor 128Gbps. Ini akan membantu memenuhi permintaan untuk tautan yang lebih cepat di dalam dan di antara pusat data.

Untuk jaringan nirkabel area luas, Qualcomm saat ini memiliki keunggulan dengan modem X50-yang akan muncul di banyak ponsel 5G pertama di Mobile World Congress akhir bulan ini-tetapi beberapa yang lain berada di belakang. Di ISSCC, Samsung akan menghadirkan baseband 14nm yang mendukung 5G standalone dan non-standalone (serta 2G, 3G dan 4G) dan menghasilkan hingga 3,15 Gbps turun dan 1,27Gbps pada dudukan berukuran 38,4 milimeter persegi. Ini adalah bagian dari chipset Exynos Modem 5100 (yang juga termasuk chip manajemen daya) yang akan diperagakan Samsung di ISSCC. Intel akan menghadirkan transceiver 28nm 5G untuk pita sub-6GHz dan pita mmWave. Ini adalah bagian dari XMM 8160, chipset 5G yang diumumkan Intel pada akhir tahun 2018. XMM ​​8160 mendukung mode 5G mandiri dan non-mandiri (dan 2G, 3G dan 4G dan 5G) dan akan mampu kecepatan hingga 6Gbps. XMM 8160 dikirimkan pada paruh kedua 2019 dan menggantikan chipset 5G pertama Intel, XMM 8060, yang katanya "menjadi platform pengembangan."

Komputasi berkinerja tinggi, pusat data cloud besar dan jaringan 4G dan 5G yang cepat mendorong permintaan untuk jaringan yang lebih cepat di semua tingkatan.

Sumber: ISSCC 2019

Mungkin butuh waktu lebih lama bagi Intel dan yang lainnya untuk memberikan "centang" besar berikutnya dalam mikroprosesor, tetapi industri ini masih memiliki banyak "sentuhan" di lengan bajunya. Permintaan komputasi, penyimpanan, dan komunikasi yang lebih cepat belum melambat, dan seperti yang digambarkan oleh ISSCC tahun ini, pembuat chip terus menemukan cara inovatif untuk merespons.