Processador e memria integrados em 3D aceleram computao

Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 07/07/2023

Computao na memria

Equipes ao redor de todo o mundo esto ativamente envolvidas com a chamada computao na memria, que acabar com a necessidade de que os dados trafeguem entre a memria e o processador, reduzindo muito o consumo de energia dos computadores.

Mas talvez no seja necessrio esperar pelos frutos desse campo ainda emergente para que guardar dados e process-lo possa ser feito simultaneamente nos mesmos componentes eletrnicos.

Engenheiros do Instituto de Tecnologia de Tquio desenvolveram uma tcnica que permite a integrao 3D da CPU (ou GPU) e da memria, e isto usando os componentes eletrnicos tradicionais e as tcnicas da indstria.

A arquitetura empilhada alcana larguras de banda de dados mais altas do que as tecnologias de memria de ltima gerao, ao mesmo tempo em que minimiza a energia necessria para o acesso aos bits.

A tcnica foi batizada de “BBCube 3D”, sigla em ingls para “cubo de construo 3D sem salincias” (Bumpless Build Cube 3D) – o termo “sem salincias” refere-se ausncia dos tradicionais pontos de solda que normalmente conectam os terminais dos chips s placas de circuito impresso.

Processador e memria empilhados

Aumentar a largura de banda de dados entre a unidade de processamento e a memria exige uma de duas abordagens: Adicionar mais fios entre os processadores e a memria ou aumentar a taxa de transferncia de dados entre ambos.

A primeira abordagem difcil de implementar na prtica porque a transmisso entre os componentes geralmente ocorre em duas dimenses, tornando complicada a adio de mais fios. Por outro lado, aumentar a taxa de dados requer aumentar a energia necessria para acessar cada bit, o que tambm difcil e problemtico, j que resulta no aumento do consumo.

Norio Chujo e seus colegas resolveram esse dilema fazendo as conexes entre as unidades de processamento e as DRAMs em trs dimenses. Para isso, o processador foi construdo sobre mltiplas camadas de DRAM, sendo todos interconectados por vias perfuradas atravs do silcio, ou TSVs (through-silicon vias).

Os pesquisadores implementaram ainda uma estratgia inovadora envolvendo entradas/sadas blindadas de quatro fases para tornar o BBCube 3D mais resistente a rudos. Eles ajustaram a temporizao das linhas de entrada/sada adjacentes de forma que elas fiquem sempre fora de fase umas com as outras, o que significa que elas nunca alteram seus valores simultaneamente, o que reduz o rudo e torna a operao do dispositivo mais robusta.

“O BBCube 3D tem potencial para atingir uma largura de banda de 1,6 terabyte por segundo, 30 vezes maior que as DDR5 e quatro vezes maior que as HBM2E,” disse o professor Takayuki Ohba. Alm, a energia de acesso a cada bit do BBCube 3D 5 vezes menor do que na HBM2E (memria de alta largura de banda) e 20 vezes menor do que na DDR5.

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