Chiplets: drijvende kracht achter AMD’s snelle en duurzame innovatie

Met de introductie van de Zen-architectuur en chiplets trapte AMD een sterke comeback op gang. Vandaag zorgen chiplets niet alleen voor snelle innovatie, maar helpen ze ook mee het energieverbruik van serverchips te drukken. Wat maakt de kleine chipcomponenten zo belangrijk, en hoe helpen ze AMD om marktpositie te veroveren?

AMD lanceerde zijn eerste chips gebaseerd op de Zen-microarchitectuur in 2017. Sindsdien bouwt de fabrikant voort op Zen. Verschillende iteraties van de architectuur liggen aan de basis van zowel de Ryzen-pc-CPU’s als de Epyc-datacenterchips.

Epyc wint almaar meer marktaandeel in datacenters, net in een periode dat die onder vuur liggen bij het grote publiek. Zo trokken enkele bezorgde Ieren pas naar hun hooggerechtshof omwille van de impact van datacenters op het stroomverbruik en bijgevolg het klimaat. AMD strijdt met andere woorden om marktaandeel in een ietwat controversiële sector.

Meer rekenkracht met minder stroom

“Er zijn inderdaad componenten en oplossingen die meer stroom verbruiken dan vroeger”, stelt Alexander Troshin, EMEA Product en Marketing Manager, Enterprise en HPC Server bij AMD, vast. “Maar over het algemeen worden CPU’s efficiënter.”

AMD hanteert daarvoor specifieke efficiëntiedoelstellingen. Tegen 2025 moeten de chips van de CPU-specialist dertig keer efficiënter zijn vergeleken met de exemplaren van 2020. “We zitten vandaag al aan factor 23”, aldus Troshin.

Kleiner serverpark

Hij stelt dat de energieconsumptie van datacenters drastisch kan dalen door vijf jaar oude servers te vervangen door nieuwe producten. “Al naargelang de situatie kan je een serverpark soms met twee derde terugdringen. Waar je 1.000 servers nodig had, kan je nu hetzelfde doen met 300 tot 400 servers die evenveel of zelfs minder stroom verbruiken, voornamelijk dankzij de architecturale verbeteringen van de CPU’s.”

Troshin merkt op dat zo’n vernieuwing van het serverpark ruimte creëert om te investeren in AI, zonder dat het totale energieverbruik van een datacenter noodzakelijk naar boven gaat. “Als je eerst optimaliseert wat je al gebruikt, kan je daarna nog servers voor AI bijplaatsen en in totaal misschien zelfs minder verbruiken.”

Weg met de eigen fabs

AMD werkt aan de hogere efficiëntie van de Epyc-processors op twee fronten. “Het eerste aspect heeft te maken met het productieproces”, licht Troshin toe. “We gebruiken steeds het meest recente proces via partners, zoals chipfabrikant TSMC.”

Meer dan vijftien jaar geleden had AMD zijn eigen fabrieken, net zoals Intel vandaag. In 2008 heeft de CPU-ontwerper de fabrieken echter afgestoten via een nieuw bedrijf, dat vandaag door het leven gaat als GlobalFoundries. GlobalFoundries was lang hofleverancier voor AMD, maar intussen heeft het bedrijf TSMC omarmt voor zijn moderne processors.

“Dankzij de verkoop van onze fabrieken kunnen we in zee gaan met verschillende spelers in de markt”, weet Troshin. “Het is aan hen om de nodige investeringen te doen om bij te blijven met de nieuwste technologie, want dat is hun core business.” AMD heeft zo de vrijheid om aan te kloppen bij de meest geavanceerde chipbouwer van het moment.

De potentiële beperkte capaciteit van een partner is een nadeel omdat je die deelt met concurrenten. Daar tegenover staat wel een belangrijk voordeel: flexibiliteit. Intel rekent bijvoorbeeld voornamelijk op zijn eigen fabrieken, maar zag de ontwikkeling van zijn productiefaciliteiten stagneren bij de sprong naar tien nanometer. Zo liep AMD’s grootste concurrent een technologische achterstand op.

We beschreven in een eerder artikel al waarom het productieproces van een chip zo belangrijk is. Hoe fijner de resolutie van het proces, hoe kleiner de componenten en dus ook transistors op de chip. Een kleinere transistor schakelt sneller, verbruikt minder energie en genereert minder warmte. Door chips te bakken op de modernste productielijn die beschikbaar is, zorgt AMD ervoor dat Epyc-CPU’s (net als Ryzen) zo efficiënt mogelijk zijn gebouwd.

Van monoliet naar chiplets

Het proces is één pijler van de innovatie die AMD doorvoert. De tweede heeft te maken met chiplets. “Toen we met Zen het chiplet-design introduceerden, was dat een best radicale keuze. In 2017 waren chiplets niet de voor de hand liggende optie. Historisch waren er immers technische beperkingen, onder andere inzake interconnectiviteit van de chiplets”, zegt Troshin.

De chiplets bleken een uitstekende gok. Waar andere ontwerpers nog vasthielden aan een monolithisch design voor chips, genoot AMD van de flexibiliteit van verschillende bouwstenen. “Dankzij de chiplets kunnen we snel componenten ontwikkelen die geoptimaliseerd zijn voor bepaalde workloads”, verduidelijkt Troshin.

Troshin: “Zo heeft de Epyc 9000-reeks 128 kernen, maar een minder hoge kloksnelheid. De chip is ontwikkeld om zoveel mogelijk gebruikers op één server te ondersteunen. De 7000-reeks gebruikt dezelfde architectuur met dezelfde core chiplet die’s (CCD’s), maar een iets andere lay-out die handig is voor aan de edge. De Epyc 4000-reeks heeft opnieuw dezelfde architectuur met dezelfde CCD-chiplets, maar beperktere geheugen- en IO-capaciteiten op maat van kmo’s. Dankzij chiplets kunnen we hetzelfde kern-ontwerp gebruiken en CPU’s toch optimaliseren voor specifieke doeleinden.”

De chiplets presteren zo goed bij gratie van het AMD Infinity Fabric, dat alle componenten aan elkaar ‘lijmt’. Het zorgt voor een bliksemsnelle datasnelweg tussen alle chiplets. De aanpak laat de fabrikant toe gericht te innoveren, zonder dat er telkens een nieuwe monolithische architectuur nodig is.

De rest volgt

Niet enkel AMD zegt dat chiplets een spectaculair idee zijn. Het heeft enkele jaren geduurd, maar intussen omarmen ook andere fabrikanten de architectuur. Intel zet bijvoorbeeld belangrijke stappen richting een chiplet-design met Meteor Lake en ook Nvidia omarmt met zijn Blackwell-GPU’s voor het eerst chiplets. Kleine sub-chips als basis voor grotere CPU’s en GPU’s evolueren stilaan richting de norm, onder impuls van het succes van AMD.

Intel, AMD en de andere spelers moeten met hun ontwerpen blijven innoveren op het scherp van de snee. Meer pk’s voor minder stroom, meer efficiëntie en een hogere dichtheid zijn belangrijke eisen van grote en kleine klanten.

Verder woedt de nanometer-oorlog in alle hevigheid verder: TSMC, Intel en Samsung willen de modernste productielijnen bouwen, zodat toch minstens voor één of twee generaties de meest geavanceerde chips van hun productielijnen rollen. Dat is ideaal voor AMD: hoe groter het aanbod, hoe groter de kans dat ze hun chipvolume kunnen wegzetten bij een leverancier.

Van underdog naar grote speler

AMD heeft vandaag het momentum beet, maar moet blijven knokken om dat te behouden. “We hebben de laatste zes jaar mooie groei gezien”, vindt Troshin. “Volgens sommige bronnen hebben we al één derde van de servermarkt in handen. We zien een mooie adoptie, maar dagen het status quo uit. Onze concurrent is erg groot.”

“In de eerste generaties hadden we bovendien een beperkt portfolio van oplossingen”, beseft hij. “Als klanten een specifieke dichtheid willen in een server en wij kunnen die niet bieden, dan eindigt het verhaal snel. Het kost tijd om een breed portfolio aan oplossingen te ontwikkelen en dat heeft zeker in de eerste twee à drie generaties een rol gespeeld in de adoptie van AMD.  Vandaag hebben we wel een erg uitgebreid gamma ter beschikking.”

Tot slot speelt er meer dan alleen het juiste portfolio met oplossingen, hoe flexibel die ook zijn. Troshin: “Het ecosysteem is heel belangrijk. We moeten samenwerken met ISV’s en OEM’s. Als een bepaalde oplossing nog niet officieel ondersteund wordt door een derde partij, dan gaat dat afschrikken.”

Troshin ziet dat AMD dankzij het flexibele chiplet-design en de samenwerking met TSMC nu op een gunstige positie staat. AMD lijkt meer en meer in staat om door de gewoontes van prospecten heen te breken met de eigen oplossingen. “De markt verbetert. Ik zie ons meer en meer doen in de toekomst.”