🔭 Аналитика. Прогнозы. Разработка полупроводников

Балансируя производительность и энергопотребление

Вот уже немало лет, как разработчики полупроводников стараются сбалансировать такие базовые параметры микросхем как их производительность, энергоэффективность и площадь кристалла. Но чем выше тактовая частота процессора, тем большие напряжения требуются для его работы, тем значительнее энергопотребление, тем сложнее обеспечивать отвод тепла. В случае с процессорами для серверов, используемых в ЦОД, это приводит к росту затрат как на покупку электроэнергии, так и на создание и эксплуатацию систем охлаждения.

Усовершенствование техпроцессов в сторону уменьшения размера узла и повышения плотности размещения узлов на пластине еще более усложняет решение вопросов энергоэффективности. На кристалле появляются так называемые «горячие точки». Если не контролировать их температуру, это ухудшает работу транзисторов, сокращается их время жизни, а в крайних сценариях может происходить необратимое повреждение полупроводниковой структуры на кристалле.

Это заставляет компании, занимающиеся проектированием микросхем, бороться за такой показатель, как производительность-на-ватт, стараясь повысить этот показатель. Все большее распространение получают такие методы, как динамическое управление напряжением и частотой, чиплетный подход и управление тепловыми процессами с использованием ИИ. Многие инженеры предпочитают пожертвовать несколькими процентными пунктами от максимально достижимой производительности, если это сулит заметное снижение энергопотребления и рабочей температуры.

В перспективе просматривается создание архитектур, которые одновременно будут нацелены на высокую производительность и на низкое энергопотребление. Например, ожидается разработка специализированных ускорителей, которые активируются только для выполнения задач определенного типа, или применение гетерогенных ядер, которые в реальном времени направляют рабочие нагрузки н а наиболее эффективный для каждой задачи процессор.

Такие инновации призваны решать насущные для пользователей проблемы – высокой стоимости энергии, ограниченного срока службы батареи, но с обязательным решением задачи дальнейшего повышения производительности.

Отрасль переосмысливает понятие «быстрее», придавая ему значение «быстрее и прохладнее», что призвано обеспечить устойчивость технологического прогресса как в техническом, так и в экономическом плане.

@RUSmicro по материалам отчета PwC Semiconductor and Beyond 2026

(1) Ожидается, что среднее энергопотребление GPU в долгосрочной перспективе снизится благодаря архитектурным усовершенствованиям, оптимизации моделей ИИ и ужесточению энергетических норм.

(2) FLOPS (операции с плавающей запятой в секунду): показатель количества вычислений с плавающей запятой, используемый в качестве метрики производительности для высокопроизводительных компьютеров.