NVIDIA в рамках GTC 2023 объявила о новом решении, которое привносит возможности ускорения работы в сферу вычислительной литографии. Это позволит крупным игрокам полупроводниковой отрасли, таким как ASML, TSMC и Synopsys, ускорить разработку и производство микросхем нового поколения по мере приближения характеристик чипов к физическим ограничениям.

Речь идёт о библиотеке NVIDIA cuLitho для вычислительной литографии. Говорится, что её интеграцией уже занимаются контрактный производитель TSMC, а также фирма Synopsys, работающая в области САПР для проектирования электроники. Производитель оборудования ASML также сотрудничает с NVIDIA в области GPU и cuLitho. Эти компании намерены встроить cuLitho в своё ПО, производственные процессы и системы на базе чипов с архитектурой NVIDIA Hopper.

Говорится, что предприятия, использующие cuLitho, смогут ежедневно производить в 3–5 раз больше фотошаблонов при в 9 раз меньших затратах энергии по сравнению с традиционными методами.

Источник изображения: NVIDIA

Предполагается, что решение NVIDIA позволит проектировать микросхемы по более «тонкому» техпроцессу, нежели это возможно сейчас. Кроме того, сократится время выхода продуктов на рынок и повысится энергоэффективность крупных дата-центров, отвечающих за управление производственными процессами. В частности, с применением cuLitho может быть заложена основа для выпуска изделий с нормами 2 нм и менее.

Источник изображения: NVIDIA

Утверждается, что, работая на базе GPU разработки NVIDIA, платформа cuLitho обеспечивает скачок производительности до 40 раз по сравнению с обычной литографией. Это даёт возможность 500 системам NVIDIA DGX H100 заменить 40 000 CPU благодаря параллельной обработке различных элементов вычислительной литографии. Кроме того, значительно снижается энергопотребление ЦОД и сокращается негативное воздействие на окружающую среду.

На рынке микроэлектроники продолжает бушевать дефицит. Проблема, как известно, уже признана отраслевой и затрагивает практически любое производство, связанное с электронными компонентами. В числе прочего, проблемы с поставками необходимых компонентов серьёзно повлияли и на производственные циклы AMD, в частности, на выпуск процессоров EPYC.

Серверные процессоры AMD EPYC по общему признанию являются одной из самых крупных удач компании. Они сочетают в себе высокую удельную производительность семейства архитектур Zen и огромное по меркам x86 количество ядер — до 64 на процессорный разъём. Эти чипы за сравнительно недолгую свою историю успели снискать популярность в среде производителей серверного оборудования и разработчиков суперкомпьютеров, но микроэлектронный кризис ударил и по ним.

Как сообщают зарубежные источники со ссылкой на отчёт аналитиков Mizuho Financial Group, если ранее полный производственный цикл для AMD EPYC составлял около 20 недель, то сейчас он оценивается уже в 26 недель. Это вызвано пандемийными ограничениями на рынках Юго-Восточной Азии, непосредственно затронувшими логистические и производственные цепочки TSMC, ответственной за выпуск CPU. Аналитики говорят о десятикратном росте цен на пересылку компонентов. А перенаправление цепочек снабжения через КНР добавляет ещё 25% к итоговой цифре.

К счастью, имеются определённые тенденции к исправлению ситуации: так, цепочка «Малайзия-Тайланд-Вьетнам» может вскоре снова стать функционирующей, поскольку заболеваемость COVID-19 в регионе постепенно снижается. И несмотря на все возможные проблемы доля AMD на рынке серверных CPU продолжает расти и к концу года, как ожидается, превысит отметку 20%. К сожалению, об окончании пандемии речи пока нет, поэтому как AMD с новыми чипами Genoa, так и Intel c её Xeon Sapphire Rapids вынужденно отстают от прежних планов.

Дефицит электронных компонентов и проблемы с логистикой больно бьют по производителям сетевого оборудования

Квалификационные тесты новых процессоров обоих вендоров и оптимизация производственных циклов займут больше времени, нежели ожидалось ранее. И для обеих компаний крайне важно сохранить темпы поставок новинок — за Intel «числится долг» по Aurora, а AMD важно удержать и нарастить долю на серверном рынке, куда были брошены немалые силы. Меньше всего проблем сейчас, похоже, у NVIDIA, успешно наращивающей выпуск чипов A100 и A30 ревизии A2.

Но другие производители тоже страдают: производственные циклы сетевых решений на базе чипов Mellanox и Avago удлинились до более чем 50 недель, а у Juniper — до 36 недель, Хотя, к примеру, у Arista с её 12-16 неделями всё заметно лучше. Вместе с тем, ожидается, что цены на DRAM упадут примерно на 5% в IV квартале этого года, а в первых двух кварталах 2022-го падение составит 15% и 10% соответственно. Также ожидается некоторое снижение цен на серверные HDD класса 16/18 Тбайт, а ситуация с их доступностью улучшится.

Впрочем, не только EPYC, но и других чипов. Компания Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), один из крупнейших в мире контрактных производителей полупроводниковых микросхем, совместно с AMD сообщила, о внедрении систем на базе процессоров EPYC для поддержания рабочих процессов и решения исследовательских задач.

Отмечается, что TSMC нуждались в мощных IT-сервисах, обеспечивающих бесперебойность совместной работы 50 тыс. сотрудников по всему миру при условии снижения общей стоимости владения. Поскольку для таких задач в TSMC используется гиперконвергентная инфраструктура (HCI), выбор пал на односокетное решение HPE DL325 Gen10 на основе чипов AMD EPYC 7702P (64C/128T, 2/3,35 ГГц, L3 256 Мбайт, TDP 200 Вт). Данная платформа имеет высокую плотность с точки зрения количества ядер, объёма памяти, а также линий PCIe 4.0, необходимых для NVMe SSD и быстрых сетевых адаптеров.

Использование систем на базе AMD EPYC позволило TSMC оптимизировать вычислительную инфраструктуру и сократить финансовые затраты. Экономия средств обеспечивается за счёт сокращения количества физических серверов благодаря их высокой плотности. Кроме того, удалось уменьшить потребление электроэнергии, а также высвободить площади, занимаемые оборудованием, которые можно будет задействовать по мере дальнейшего развития компании. В текущем году TSMC планирует развернуть ещё два центра обработки данных.

При этом TSMC отмечает, что решения AMD не были «выбором по умолчанию», компания тестировала различные платформы на предмет совместимости с ПО и сценариями работы. Теперь же для поддержания научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ TSMC рассматривает возможность использования односокетных систем, оборудованных процессором AMD EPYC 7F72 (24C/48T, 3,2/3,7 ГГц, L3 192 Мбайт, TDP 240 Вт). В данном сценарии особенно важна частота и скорость работы подсистемы ввода-вывода.

Наконец, есть ещё одна важная для TSMC область — автоматизация производственных процессов на фабриках, где установлены различные станки и системы, порой с многомиллиардной стоимостью. Каждой из них требуется отдельный сервер для мониторинга и управления, причём в данном случае крайне важна их доступность и стабильность работы. TSMC использует виртуализацию, так как при сбое одной виртуальной машины (ВМ) можно быстро переподключить оборудование к другой ВМ в пределах кластера.

Тайваньская компания Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) приостановила поставку чипов по новым заказам китайской компании Phytium, которая на прошлой неделе была добавлена властями США в «чёрный» список Министерства торговли. Внесение компаний в этот перечень означает запрет для американских компаний на работу с ними и предоставление продуктов или услуг без получения соответствующих лицензий.

Иностранные компании, такие как TSMC, теоретически могут продолжать работать с компаниями из «чёрного списка», но США могут оказывать на них давление через их американских поставщиков. Например, когда США занесли Huawei в «чёрный» список, TSMC была вынуждена отказаться от сотрудничества с ней, поскольку многие ключевые технологии, лежащие в основе её производственных процессов, были разработаны американскими фирмами.

REUTERS/Tyrone Siu

Пока неясно, оказывалось ли сейчас подобное давление на TSMC, и были ли ею прекращены поставки остальным шести суперкомпьютерным китайским фирмам из «чёрного» списка. Как сообщает South China Morning Post, TSMC выполнит заказы, размещённые Phytium до внесения в «чёрный список», но больше поставлять ей чипы не будет.

Предполагается, что Phytium стоит за развёртыванием систем высокопроизводительных вычислений для китайского военно-промышленного комплекса, использующего её разработки при создании гиперзвуковых ракет. Компания сотрудничает с Оборонным научно-техническим университетом Народно-освободительной армии Китая (NUDT), который ранее создал суперкомпьютеры Tianhe-1 и Tianhe-2, в своё время занимавшие первые строчки рейтинга TOP500.

Прототип Tianhe-3. Фото: Xinhua

Tianhe-3, один из трёх проектов китайских суперкомпьютеров экзафлопсного класса, должен был быть закончен в прошлом году, однако осенью было объявлено, что из-за пандемии коронавируса сроки сдвигаются. Летом 2020 года в распоряжении исследователей уже был прототип новой машины, имевший теоретическую производительность 3,146 Пфлопс. Он включал 512 плат с тремя процессорами Phytium MT2000+ и 128 плат с четырьмя Phytium FT2000+.

Точные параметры этих 7-нм Arm-чипов не приводятся, но в одной из свежих научных публикаций упоминается, что на каждый 64-ядерный FT2000+ в прототипе Tianhe-3 приходилось 64 Гбайт RAM. А каждый MT2000+ можно поделить на четыре NUMA-узла с 32 ядрами и 16 Гбайт RAM, то есть, судя по описанию, это 128-ядерный чип, о котором ранее ничего не было известно. Теперь же судьба этих CPU и суперкомпьютера Tianhe-3 и вовсе под вопросом.

Несмотря на все проблемы в полупроводниковой индустрии, технологии продолжают развиваться. Технологические нормы 7 нм уже давно не являются чудом, вовсю осваиваются и более тонкие нормы, например, 5 нм. А ведущий контрактный производитель, TSMC, штурмует следующую вершину — 3-нм техпроцесс. Одним из первых продуктов на базе этой технологии станет ИИ-платформа Graphcore с четырьмя IPU нового поколения.

Британская компания Graphcore разрабатывает специфические ускорители уже не первый год. В прошлом году она представила процессор IPU (Intelligence Processing Unit), интересный тем, что состоит не из ядер, а из так называемых тайлов, каждый из которых содержит вычислительное ядро и некоторое количество интегрированной памяти. В совокупности 1216 таких тайлов дают 300 Мбайт сверхбыстрой памяти с ПСП до 45 Тбайт/с, а между собой процессоры IPU общаются посредством IPU-Link на скорости 320 Гбайт/с.

Colossально: ИИ-сервер Graphcore с четырьмя IPU на борту

Компания позаботилась о программном сопровождении своего детища, снабдив его стеком Poplar, в котором предусмотрена интеграция с TensorFlow и Open Neural Network Exchange. Разработкой Graphcore заинтересовалась Microsoft, применившая IPU в сервисах Azure, причём совместное тестирование показало самые положительные результаты. Следующее поколение IPU, Colossus MK2, представленное летом этого года, оказалось сложнее NVIDIA A100 и получило уже 900 Мбайт сверхбыстрой памяти.

Машинное обучение, в основе которого лежит тренировка и использование нейронных сетей, само по себе требует процессоров с весьма высокой степенью параллелизма, а она, в свою очередь, автоматически означает огромное количество транзисторов — 59,4 млрд в случае Colossus MK2. Поэтому освоение новых, более тонких и экономичных техпроцессов является для этого класса микрочипов ключевой задачей, и Graphcore это понимает, заявляя о своём сотрудничестве с TSMC.

Тайловая архитектура Graphcore Colossus MK2

В настоящее время TSMC готовит к началу «рискового» производства новый техпроцесс с нормами 3 нм, причём скорость внедрения такова, что первые продукты на его основе должны увидеть свет уже в 2021 году, а массовое производство будет развёрнуто во второй половине 2022 года. И одним из первых продуктов на базе 3-нм технологических норм станет новый вариант IPU за авторством Graphcore, известный сейчас как N3. Судя по всему, использовать 5 нм британский разработчик не собирается.

В планах компании явно указано использование 3-нм техпроцесса

В настоящее время чипы Colossus MK2 производятся с использованием техпроцесса 7 нм (TSMC N7). Они включают в себя 1472 тайла и способны одновременно выполнять 8832 потока. В режиме тренировки нейросетей с использованием вычислений FP16 это даёт 250 Тфлопс, но существует удобное решение мощностью 1 Пфлопс — это специальный 1U-сервер Graphcore, в нём четыре IPU дополнены 450 Гбайт внешней памяти. Доступны также платы расширения PCI Express c чипами IPU на борту.

Дела у Graphcore идут неплохо, её технология оказалась востребованной и среди инвесторов числятся Microsoft, BMW, DeepMind и ряд других компаний, разрабатывающих и внедряющих комплексы машинного обучения. Разработка 3-нм чипа ещё более упрочнит позиции этого разработчика. Более тонкие техпроцессы существенно увеличивают стоимость разработки, но финансовые резервы у Graphcore пока есть; при этом не и исключён вариант более тесного сотрудничества, при котором часть стоимости разработки возьмёт на себя TSMC.

Компания Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), несмотря на пандемию, намерена показать в текущем году значительную выручку от поставок продукции для сегмента высокопроизводительных вычислений (High Performance Computing, HPC).

Из-за распространения нового коронавируса многие IT-предприятия вынужденно приостановили работу. Кроме того, наблюдается снижение спроса на определённые виды электронных устройств, в частности, на смартфоны.

Фотографии Reuters

TSMC, тем не менее,не зафиксировала существенное сокращение количества заказов на выпуск полупроводниковой продукции. Более того, в некоторых сегментах даже фиксируется рост: это компоненты для планшетных компьютеров и игровых консолей.

Что касается НРС-сектора, то здесь TSMC рассчитывает на большие заказы на фоне наращивания вычислительных мощностей операторами крупных облачных инфраструктур. Кроме того, изделия для платформ HPC востребованы в свете развития систем искусственного интеллекта, машинного зрения и обработки больших данных.

И всё же тайваньская компания в связи с пандемией вынуждена сократить прогноз по выручке на весь текущий год по сравнению с показателями, озвученными в январе.

В 2019-м объём глобального рынка полупроводниковой продукции, по оценкам Gartner, составил приблизительно $419,1 млрд. В нынешнем году прогнозируется падение на уровне 0,9 %: в результате, суммарная выручка составит около $415,4 млрд.

Появление на рынке процессоров EPYC с архитектурой Zen дало компании AMD повод порассуждать о больших перспективах роста её доли рынка, поскольку за годы доминирования Intel в серверном сегменте позиции AMD существенно ослабли.

Ещё в момент вывода на рынок EPYC первого поколения глава AMD дала прогноз, согласно которому к концу 2019 года удастся преодолеть рубеж в 5-6% рынка x86-совместимых серверных процессоров. А двузначными величинами этот показатель будет измеряться в промежутке с середины до конца 2020 года.

На всех последних отчётных мероприятиях руководство AMD лаконично комментирует, что пока нет необходимости пересматривать этот прогноз, сформулированный более года назад.

Источник изображения: AMD

На этой неделе сайт DigiTimes сообщил со ссылкой на осведомлённые источники из числа рыночных обозревателей, что доля AMD на рынке серверных процессоров уже перевалила за пять процентов, а к концу 2020 года она превысит 10 % с высокой степенью вероятности. Другими словами, пока всё идёт в полном соответствии с прогнозами AMD.

Представители AMD недавно заверяли общественность, что проблем с доступностью 7-нм процессоров EPYC возникать не должно, поскольку компанией ведётся серьёзная работа по планированию поставок на несколько месяцев вперёд. Что характерно, сама TSMC подобной деятельностью тоже увлекалась не на шутку.

Если верить тому же сайту DigiTimes, контрактный производитель начал рекомендовать клиентам оплатить заказы на выпуск 7-нм продукции до конца 2020 года. По некоторым оценкам, в стоимостном выражении услуги по выпуску 7-нм изделий к концу текущего года будут приносить TSMC около 25 % выручки, а вот доля по количеству выпускаемых кремниевых пластин едва ли доберётся до десятипроцентного рубежа.

Тот факт, что TSMC пытается связать клиентов долгосрочными обязательствами, ничего хорошего им не сулит, если мощностей по выпуску 7-нм продукции перестанет хватать на всех желающих.

Для разработки чипов требуется масса усилий и финансовых вложений, поэтому не так много компаний специализируется на выпуске собственных решений, пусть даже на базе готовых дизайнов ARM. На мобильном рынке к таковым, например, можно отнести Qualcomm, MediaTek, Samsung, Apple, Huawei и Xiaomi. Большинство из них пользуются производственными мощностями и услугами TSMC. Последняя нередко создаёт собственные демонстрационные кристаллы, помогающие в проектировании конечных продуктов.

Во время состоявшегося в Токио мероприятия VLSI компания TSMC продемонстрировала весьма любопытную однокристальную систему, призванную показать производственные возможности компании в области высокопроизводительных вычислений (HPC). Она произведена с соблюдением 7-нм техпроцесса, имеет размеры 4,4 × 6,2 мм (27,28 мм²) и использует 2,5D-упаковку CoWoS (chip on wafer on substrate), с помощью которой, например, компания выпускает ГП NVIDIA Volta с памятью HBM на общей подложке.

7-нм однокристальная система TSMC представляет собой двухчиповую структуру на основе двух идентичных чиплетов, размещённых почти вплотную, связанных по интерфейсу LIPINCON и работающих через специальную шину BiDir Interconnect Mesh Bus, способную функционировать на частоте выше 4 ГГц. Каждый кристалл включает четыре ядра ARM Cortex A72 и другие блоки.

При этом упаковка позволяет добавлять на подложку дополнительные чиплеты. Интересно, что ядра ARM Cortex-A72 способны работать на частотах выше 4 ГГц. 4-ядерный модуль дополняется двумя блоками кеша второго уровня объёмом 1 Мбайт каждый, работающими на половинной частоте. Кроме того, имеется большой блок кеш-памяти третьего уровня объёмом 6 Мбайт, работающий на четверти базовой частоты.

При напряжении 0,775 В ядра ​​Cortex могут достигать частоты 2,8 ГГц, а при напряжении 1,375 В — впечатляющих 4,2 ГГц. Контрактная полупроводниковая кузница заявила, что её однокристальная система предназначена для высокопроизводительных вычислительных платформ, нуждающихся в высоких тактовых частотах.

Преимуществом данной технологии является удешевление производства сложных многоядерных чипов благодаря тому, что единый кристалл разбивается на несколько относительно небольших чиплетов, отличающихся более высоким показателем выхода годной продукции (чем больше чип, тем выше процент отбракованных изделий). При этом благодаря упаковке, шине и другим новациям, работает такая многочиповая система практически как монолитный кристалл.

Одним из приоритетных направлений для развития тайваньская компания TSMC видит в производстве процессоров для высокопроизводительных платформ (HPC, High Performance Computing). Это направление обещает снизить зависимость TSMC от производства процессоров для смартфонов и от выпуска SoC компании Apple в частности. Добром эта зависимость не закончится и уже сейчас даёт о себе знать в виде сезонных спадов выручки.

На заводе TSMC

До недавних пор развивать направление HPC компания TSMC планировала за счёт новых направлений, таких как ИИ, машинное обучение, обработка больших данных вплоть до аналитики. На уровне производства чипов это означает, что она будет выпускать комплексные решения на базе ПЛИС, процессоры с поддержкой команд ARM, ASIC и какие-то уникальные решения в виде ускорителей, процессоров и контроллеров. По факту на TSMC свалилось счастье в виде отказа компании GlobalFoundries от гонки за техпроцессами и вся груда заказов AMD на выпуск процессоров EPYC и будущих серверных решений «красных». Но это не все последствия отказа GlobalFoundries от разработки 7-нм техпроцесса. В этом она сильнейшим образом подставила своего стратегического партнёра — компанию IBM.

Напомним, сделка о передаче заводов и других активов компании IBM в собственность компании GlobalFoundries была оглашена 20 октября 2014 года. За эту услугу компания GlobalFoundries получила от IBM $1,5 млрд. Хотела $2 млрд, а IBM торговалась за $1 млрд. Сошлись на $1,5 млрд. Также GlobalFoundries получила техпроцессы 22 нм, 14 нм и 10 нм и свыше 10 тыс. патентов IBM. Взамен она обязалась выпускать процессоры на архитектуре IBM Power.

Техпроцессами GlobalFoundries, кстати, так и не воспользовалась — лицензировала 28-нм и 14-нм техпроцессы у компании Samsung, и инженерам IBM пришлось проектировать 14-нм процессоры уже под технические требования Samsung, что, на самом деле, было не слишком хлопотно. Многие годы Samsung (как и AMD) входила в альянс IBM, где они вместе разрабатывали техпроцессы. Многие вещи были одинаковыми: сырьё, технологии, оборудование, прочее. Казалось бы, прекрати GlobalFoundries работать на IBM, Голубой Гигант может переключиться на заводы Samsung. Но что-то пошло не так.

Сервер IBM Power System AC922 (в правой руке 14-нм процессор IBM POWER9)

Как сообщают японские источники, процессоры IBM следующего поколения (вероятно на архитектуре P10 для мейнфреймов Z15) будет выпускать компания TSMC с использованием 7-нм техпроцесса. Это тем более удивительно, что исторически компания TSMC вела разработку техпроцессов с участием в другом отраслевом альянсе — франко-бельгийско-итальянском Crolles-1/2. Пятнадцать лет назад наибольший пакет акций TSMC принадлежал компании Philips, отсюда европейская ориентация этого тайваньского контрактника. Если IBM действительно станет клиентом TSMC, то суперкомпьютерные амбиции тайваньского производителя вырастут до небес, а Intel рискует увидеть усиление конкурента на рынке платформ для ЦОД (хотя и в другой весовой категории). Да, да, мы снова о неудаче Intel с освоением 10-нм техпроцесса. Мейнфреймы IBM будут работать на 7-нм процессорах.

Предприятия Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) подверглись атаке вредоносной программы, о чём сообщает Reuters.

Reuters

Крупнейший в мире контрактный производитель чипов признал, что вирусная атака затронула несколько заводов. При этом уровень проникновения вредоносного ПО везде разный.

В TSMC заявляют, что уже найден способ сдержать дальнейшее распространение вируса. Специалисты компании занимаются решением проблемы: некоторые предприятия уже вернулись к нормальной работе, на других восстановление штатного режима произойдёт в ближайшее время.

Что именно послужило источником заражения, не уточняется. Не ясно и то, насколько сильно пострадало производство полупроводниковой продукции. В TSMC лишь отмечают, что речь не идёт о хакерской атаке.

Добавим, что TSMC была основана в 1987 году. Компания производит продукцию по заказам Qualcomm, NVIDIA, Advanced Micro Devices (AMD), MediaTek, Marvell, Broadcom и пр.