AMD y la arquitectura MCM: la importancia de los chiplets en el sector CPU x86

La arquitectura de núcleo monolítico ha sido una constante en el sector x86. Tanto AMD como Intel han apostado por ella a la hora de desarrollar sus diferentes arquitecturas, una realidad que cambió radicalmente con la llegada de Ryzen.

El lanzamiento de la primera generación de procesadores Ryzen marcó el adiós de AMD a la arquitectura de núcleo monolítico y el salto de la compañía de Sunnyvale a la arquitectura MCM. No faltaron voces que decían que no era viable y que no iba a ser capaz de competir con Intel utilizando esa arquitectura, pero como sabemos la llegada de Ryzen 3000 silenció incluso a los más críticos.

AMD ha logrado diseñar procesadores x86 de última generación con una arquitectura que estuvo alienada y que fue rechazada por no ser, en teoría, tan competitiva como la arquitectura de núcleo monolítico, y lo mejor es que no solo ha conseguido alcanzar a Intel en términos de IPC, sino que además la ha superado en rendimiento multihilo y en relación precio-rendimiento.

Arquitectura MCM: ¿por qué la escogió AMD?

Para entender mejor la decisión que tomó Lisa Su debemos entender la situación en la que se encontraba AMD antes del lanzamiento de Ryzen. La arquitectura Bulldozer fue un fracaso, la idea de combinar dos núcleos de enteros con una unidad de coma flotante resultó en un diseño que no solo ofrecía un IPC muy pobre, sino que además no escalaba de manera óptima.

Recuerdo que los primeros procesadores Bulldozer, las series FX 8100, 6100 y 4100, tenían un IPC inferior al de los Phenom II. AMD afinó un poco el tiro y con Piledriver, la revisión utilizada en los FX 8300, FX 6300 y FX4300, fue capaz de mejorar la situación y dio forma a soluciones más competitivas y equilibradas, aunque sin llegar al nivel de Intel.

El tiempo pasó y AMD no pudo escalar dicha arquitectura para dar forma a nuevos procesadores que hicieran frente a los Core serie 3000, 4000, 5000 y 6000 de Intel. Esa falta de competencia, de novedades, dejó a AMD en una situación complicada, con unos ingresos a la baja y un panorama tan negro que incluso se llegó a hablar de su posible compra por parte de Samsung.

AMD necesitaba un milagro, y lo encontró en la arquitectura MCM. Dicha arquitectura permite crear diseños multinúcleo de una manera más sencilla, es altamente escalable y resulta, además, más barata de producir. Esto le permitió dar forma procesadores con un alto conteo de núcleos que resultaban mucho más económicos que las soluciones que tenía Intel en ese momento.

La apuesta por el valor calidad-precio que realizó AMD fue muy clara y funcionó desde el primer momento, pero no pudo superar a Intel en términos de IPC. Esto generó muchas suspicacias que, como hemos indicado, se vieron superadas con la llegada de Zen 2, la arquitectura utilizada en los procesadores Ryzen 3000.

Los chiplets seguirán marcado el futuro de AMD

En un diseño de núcleo monolítico los diferentes núcleos que conforman un procesador se integran en una única pastilla de silicio, mientras que en los diseños MCM estos se encuentran agrupados en varias pastillas de silicio. Con Zen 2 AMD ha llevado esa idea a otro nivel, gracias a la creación del chiplet.

Los chiplets son la unidad mínima de la arquitectura Zen 2. En ella tenemos pastillas de silicio en 7 nm que integran ocho núcleos y las memorias caché de nivel 1, 2 y 3. Todos los elementos I/O se mueven a un chip de 12 nm que comunica con cada chiplet, y se utiliza un sistema Infinity Fabric para su sincronización y comunicación.

Ese cambio permitió a AMD simplificar todavía más el diseño de su arquitectura MCM, y facilitó el desarrollo de procesadores con un mayor rendimiento y una mayor cantidad de núcleos manteniendo un coste y un precio contenido. Lo simple es, a veces, lo que mejor funciona, y la estrategia que ha seguido AMD con la arquitectura MCM vista en Zen 2 es un claro ejemplo de ello.

No hay duda de que el chiplet es el presente de AMD, pero también es el futuro. TSMC ha confirmado que pronto tendremos más información sobre Zen 3, la próxima arquitectura de AMD, y ha confirmado que la misma mantendrá el chiplet como unidad base. El secretismo que rodea a esta nueva generación sigue siendo muy marcado, pero sabemos que utilizará el proceso de 7 nm+ y que traerá un aumento de IPC importante.

Dado que AMD volverá a repetir el chiplet como base de esa arquitectura es probable que los cambios más importantes se encuentren en el chip I/O y en el sistema Infinity Fabric. Los chiplets volverán a ser el pilar central de los procesadores x86 de alto rendimiento de AMD, tanto en el mercado de consumo general como en el mercado profesional y HEDT, y no, podemos dar por seguro que la compañía no volverá al núcleo monolítico.

Con esto en mente no puedo evitar preguntarme si Intel acabará dando el salto a la arquitectura MCM o si, por el contrario, será capaz de competir con AMD manteniendo un diseño de núcleo monolítico. No tardaremos mucho en descubrirlo.