Waarom chiplets je volgende cpu goedkoper kunnen maken

Misschien heb je het niet eens door, maar de kans is groot dat je processor is opgebouwd uit meerdere kleine bouwblokken: chiplets. Dat zijn precies wat de naam suggereert: kleine chips. Ze hebben een specifieke functie en kunnen niet op zichzelf functioneren. Chipmakers plakken meerdere van die chiplets aan elkaar, zodat ze samen één 'gewone' chip vormen.

Als eindgebruiker merk je er in principe weinig van als de cpu in je pc of laptop is opgebouwd uit chiplets. Toch heeft het gebruik van chiplets een hoop voordelen, waarvan je als gebruiker indirect de vruchten plukt. Het kan de productie goedkoper maken en stelt chipmakers in staat om hun cpu's beter te optimaliseren.

In het kort

• Chiplets zijn kleine chips met een specifiek onderdeel van een processor, zoals de cpu-cores of de ingebouwde gpu.
• Chipmakers plakken meerdere van die chiplets aan elkaar.
• Hoewel je er in principe weinig van merkt als eindgebruiker, maakt het de productie goedkoper en kan het ook de prestaties verbeteren.

De voordelen van chiplets

Vroeger bestond een processor uit één chip die alle onderdelen bevatte. Denk aan de cpu-cores, de ingebouwde gpu, de USB- en PCIe-verbindingen, en noem zo maar op. Maar chipproductie wordt steeds ingewikkelder. Foutjes tijdens het productieproces kunnen daardoor ertoe leiden dat fabrikanten chips moeten afschrijven. Chiplets bieden daarvoor uitkomst, want kleinere chips zijn makkelijker om te maken.

Fabrikanten maken chips op een ronde schijf: een wafer. Stel dat er een grote printfout op die wafer zit. Als je op die schijf één gigachip produceert, kun je hem helemaal weggooien.

Maar als je op diezelfde wafer 1000 kleinere chips maakt, hoef je er maar één weg te gooien en houd je 999 werkende chips over. Daarom kan het goedkoper zijn om complexe chips op te delen in losse chiplets.

Daar staat tegenover dat je de chiplets vervolgens met elkaar moet verbinden. Dat kan bijvoorbeeld door ze naast elkaar te zetten en met koperen draadjes met elkaar te verbinden, maar steeds vaker gebruiken fabrikanten ingewikkeldere technieken.

Ze plakken ze bijvoorbeeld naast elkaar op een onderlaag waardoorheen heel kleine draadjes lopen. Soms stapelen ze de chiplets zelfs boven op elkaar. Dat maakt de laatste fase van de productie complexer, maar de voordelen bij het maken van de losse chiplets wegen zwaarder dan de nadelen.

Lagere kosten en betere optimalisatie

Chiplets zijn ook nog eens goed voor de prestaties en de productiekosten. Dat komt doordat fabrikanten iedere chiplet op een ander productieproces kunnen maken. Je zou ervoor kunnen kiezen om de cpu-cores op een 2nm-procedé te maken en de minder cruciale i/o-chiplet op 6nm.

Deze werkwijze is ook goedkoper. Daarnaast kunnen bedrijven als AMD en Intel hun chips per onderdeel optimaliseren. Fabrikanten kunnen dus voor het cpu-gedeelte andere ontwerpkeuzes maken dan voor de gpu of het i/o-onderdeel. Dat kan uiteindelijk ook de prestaties verbeteren.

Deze werkwijze met chiplets wordt steeds populairder. AMD gebruikte deze opzet als eerste grote bedrijf in zijn Ryzen- en EPYC-processors. Later volgde ook Intel met Meteor Lake en de daaropvolgende cpu's. En sinds de M5 Pro en M5 Ultra is ook Apple overgestapt op deze productiemethode.

AMD-chiplets: ccd's en i/o

Hoewel steeds meer fabrikanten overstappen op chiplets, gebruiken ze daarvoor hun eigen namen. AMD spreekt gewoon over chiplets, maar geeft iedere chiplet wel een eigen naam. AMD-processors bestaan tot nu toe uit twee soorten chiplets:

• Chiplet met cpu-cores: core complex die (ccd)

• Chiplets met i/o: i/o-die

Let op: AMD-cpu's hebben meestal een ingebouwde gpu, maar dat is géén losse chiplet. Hij zit gewoon in de i/o-die gebakken.

Intel gebruikt 'tiles'

Intel gebruikt sinds 2022 ook chiplets in zijn processors, maar noemt ze tiles. Bijvoorbeeld:

• Chiplet met cpu-cores: compute tile

• Gpu-chiplet: graphics tile

• Chiplet met i/o: soc tile

• Onderste laag die alle chiplets met elkaar verbindt: base tile

Ook Apple stapt over op chiplets

Apple is een nieuwkomer op chipletgebied. Het bedrijf maakt al jaren 'Ultra'-socs die bestaan uit twee dies, maar dat waren geen chiplets. Het waren in feite twee 'gewone' Max-chips aan elkaar geplakt, terwijl chiplets dus meestal losse functies hebben (denk aan een cpu-chiplet en een i/o-chiplet).

De M5 Pro en M5 Max bestonden voor het eerst uit chiplets met ieder hun eigen functionaliteit, hoewel Apple daarover geen technische uitleg gaf. Het bedrijf zei alleen dat de M5 Pro en Max 'twee chips combineren tot één soc' en noemde dat Fusion Architecture. Wel blijkt uit externe analyses dat het gaat om een losse cpu- en gpu-chiplet.

Ten slotte

Chiplets worden steeds belangrijker in de cpu-wereld. Hoewel je daarvan in de praktijk weinig merkt, maken ze je volgende processor makkelijker te produceren, goedkoper en in theorie ook sneller. Steeds meer chipbedrijven stappen over op ontwerpen met chiplets. Hoewel hun exacte werkwijze verschilt, zijn de basisprincipes steeds hetzelfde: losse onderdelen combineren tot één chip.