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世界上最大的芯片是如何诞生的

发布时间:2022-10-09 19:56:09

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集成电路是由许多晶体管(小开关)组成的硅三明治,连接在一起形成电路。


自1958-59年Robertnoyce和JackKilby共同发明集成电路以来,晶体管密度不断提高。你可以在航天器、航空、通信和我们大多数人最明显的消费品时代看到这种变化。比如IC早期,最早的产品之一就是基本的四功能1973Sears/Bowmar手持计算器。60年后,流行的消费品是一款连接互联网世界大脑的语音激活智能手机——这出现在一代人以前的科幻小说中。硅芯片或集成电路(IC)是人类最宏伟、最复杂、最具变化性的创造之一。


到达那里需要很长时间,但进展非常稳定:自1965年FairchildSemicductor化学工程师Gordonmore首次撰写IC文章以来,集成电路上的晶体管数量每18-24个月翻一番。允许这一点的基本过程是光刻。如果你把它分解成它的希腊起源,它的意思是用光写在石头上。下图1显示了整体思路。


光(通常是紫外线)通过模板照射,其图案是芯片设计师想要燃烧芯片的图案。在此之前和之后,应用特殊化学品,重复这个过程,直到形成由多层组成的三明治,IC完成并准备包装。


计算机设计师Gordonbell曾指出,在完全依赖IC的计算机中获得尽可能高的速度通常与pipeline和包装有关。由于集成电路运行得越快,就会变得越热,高速计算机不得不担心保持芯片冷却。我们可以看到,这种限制与传奇超级计算机设计师Seymourcray的几项专利有关,以及如何保持世界领先的计算机系统冷却。对于总是挑战可能性极限的cray来说,防止系统燃烧与设计快速电路同样重要。


Cerebras是一家资金雄厚的硅谷初创公司,开发了最巧妙、技术上最优雅的解决方案,解决了芯片上填充的问题(如果使用GordonMore),同时保持芯片冷却。事情能发展到什么程度?答案令人震惊:在一个巨大的单方形硅片上,一侧约8.5英寸,Cerebras晶圆引擎(WSE)拥有2.6万亿个晶体管,形成8.5万个人工智能优化处理单元。(图2)WSE中的晶体管尺寸为7纳米。人类DNA为2.5纳米。到目前为止,Cerebras芯片中的晶体管数量超过了博物馆永久收集的1万个计算对象。


WSE的聪明之处在于,它的设计和制造在很大程度上遵循了现有的行业流程和方法。他们独特的天才是为WSE提供最先进的生态系统——一个提供电力、冷却和通信的生态系统。


为了实现这一点,cerebras并不依赖于一些奇怪的新方法或技术,而是依赖于现有的半导体制造技术——只需要稍微修改它们。(例如,当您将标准的300毫米晶圆切割成正方形时,剩下的8.5英寸侧面积)。


考虑到这些线程-包装、冷却和晶体管密度-这个惊人的芯片在包装后会是什么样子?(图3)WSE本身位于中间,在一些非常硬核的硬件中相当精致。然而,这种外围技术是WSE运行的关键,因为它不仅通过一些非常严格的连接器系统将WSE连接到外部世界,还通过它接触的冷板抽水来保持冷却(再次是贝尔和克雷),并为数万亿晶体管提供惊人的20kW电源。顺便说一下,这足以为大约五个美国家庭供电。这听起来很多,但实际上每个晶体管只有几十亿瓦。当你把普通电脑的机架缩小到一个芯片上时,你必须解决这些工程问题。


Cerebras晶圆级引擎的规模、雄心和性能几乎超出了想象。


由于所有对大规模集成的关注(把一切都放在一个巨大的芯片上,有效地包装它),典型的Cerebras系统的大小约是用古老的方式将数十万个芯片连接在一起的等效计算机系统的1/10放在一个单独的电路板上,放在一个单独的机柜里,然后连接在一起。当被问及为什么他不喜欢在超级计算机上使用多个小处理器时,传奇计算机设计师Seymourcray开玩笑说:你宁愿用什么来拉犁?一头大公牛还是64只鸡?


那么,你想知道这些数万亿晶体管在WSE中的用途是什么?


WSEforai的杀手级应用程序是一个减少神经网络训练时间的网络,使人工智能智能。WSE可以完成其他计算机需要几周的任务,并在几分钟内得到结果。


训练时间的显著减少意味着人工智能实验的答案可以在几分钟或几小时内完成,而不是几天。这加速了药物发现,可以建模癌症的潜在治疗方法,进行图像处理,并在我们世界需要面对未来挑战的数十个新的人工智能应用程序中工作。


随着时间的推移,未来世界许多地方将受到基于人工智能技术的影响,WSE是一个重要的里程碑值得收藏,这就是为什么博物馆特别高兴将这个惊人设备的例子带入其永久收藏,从2022年8月9日起,WSE将在CHM主大厅附近展出。请亲自参观并查看这个罕见的设备。你会感到惊讶的。

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