Bu küçük yongalara chiplet denir. Ancak chiplet yaklaşımı yeni bir soruyu beraberinde getirir: Ayrı üretilen yongalar birbirleriyle hangi bağlantı üzerinden haberleşecek?

UCIe (Universal Chiplet Interconnect Express), paket içindeki yongalar arasında ortak bir iletişim altyapısı oluşturmayı amaçlayan açık endüstri standardıdır.

Buradaki hedef, yalnızca veriyi hızlı taşımak değildir. Bağlantının elektriksel özellikleri, veri aktarımı ve protokol uyarlaması için ortak kurallar tanımlanarak chiplet entegrasyonunun kolaylaştırılmasıdır.

Ancak UCIe desteği, herhangi iki chiplet’in doğrudan birleştirilip çalıştırılabileceği anlamına gelmez. Bağlantı standardının yanında sistem mimarisi, paketleme ve işlevsel uyumluluk da gerekir.

UCIe Nedir?

UCIe, aynı yarı iletken paketi içindeki yongalar arasında veri iletişimi sağlayan die-to-die, yani yongadan yongaya bağlantı standardıdır.

Bir paket içerisinde şu bileşenleri bağlamak için kullanılabilir:

• İşlemci çekirdeklerini içeren chiplet’ler.
• Giriş/çıkış yongaları.
• Yapay zekâ hızlandırıcıları.
• Özel amaçlı hesaplama birimleri.
• Bellek erişimiyle ilişkili kontrol bileşenleri.

UCIe bir işlemci komut seti değildir. CPU’nun hangi komutları çalıştıracağını belirlemez. Ayrıca tek başına bir paketleme yöntemi de değildir.

Temel görevi, paket içindeki bileşenlerin veri alışverişini ortak bir bağlantı düzenine oturtmaktır.

Chiplet Yaklaşımı Neden Kullanılıyor?

Tek parça, yani monolitik bir tasarımda bütün bileşenler aynı yonga üzerinde bulunur. Chiplet mimarisinde ise işlevler birden fazla yongaya dağıtılır.

Bu yaklaşım bazı avantajlar sağlayabilir:

Farklı üretim süreçleri kullanılabilir. Hesaplama çekirdekleri daha gelişmiş bir süreçte üretilirken giriş/çıkış birimleri başka bir süreçte hazırlanabilir.

Tasarımlar yeniden kullanılabilir. Aynı giriş/çıkış chiplet’i farklı ürünlerde değerlendirilebilir.

Büyük sistemler modüler kurulabilir. Bütün yapıyı tek yongaya sığdırmak yerine birden fazla bileşen birleştirilebilir.

Üretim verimi iyileşebilir. Büyük bir yongayı daha küçük parçalara ayırmak bazı koşullarda üretim kayıplarını azaltabilir.

Ancak paketleme, test ve yongalar arası iletişim ek maliyet oluşturur. Dolayısıyla chiplet kullanımı her ürün için otomatik olarak daha ucuz değildir.

Ortak Bir Bağlantı Standardına Neden İhtiyaç Var?

Üreticiler kendi chiplet’leri arasında özel bağlantılar kullanabilir. Bu yöntem, belirli bir sistem için yüksek düzeyde optimizasyon sağlayabilir.

Fakat farklı şirketlerden bileşenleri bir araya getirmek istendiğinde özel bağlantılar entegrasyonu zorlaştırabilir. Elektriksel özellikler, veri biçimleri ve bağlantı yönetimi birbirinden farklı olabilir.

UCIe, bu alanlarda ortak bir temel oluşturmayı hedefler. Böylece her yeni bileşen eşleşmesi için tamamen farklı bir bağlantı sistemi geliştirme ihtiyacı azaltılabilir.

Bu standardizasyon, çok üreticili chiplet tasarımlarını kolaylaştırabilir. Yine de bağlantı uyumu ile bütün sistemin uyumu aynı şey değildir.

UCIe Nasıl Çalışır?

UCIe bağlantısı, görevleri farklı katmanlara ayırır.

Fiziksel katmanda veri, paket içindeki kısa bağlantılar üzerinden iletilir. Üst katmanlar ise bu bağlantının sistem tarafından kullanılmasını sağlar.

UCIe, PCI Express ve CXL gibi protokollerin paket içi bağlantıya uyarlanmasına olanak tanıyan düzenler içerir. Akış tabanlı kullanım seçenekleri de bulunabilir.

Bu nedenle UCIe’yi yalnızca “küçük ölçekte PCIe” olarak görmek eksik olur. Paket içi bağlantının fiziksel gereksinimleri ve entegrasyon koşulları farklıdır.

Kısa Mesafeli Bağlantı Neden Önemli?

Aynı paket içindeki yongalar, anakart üzerindeki ayrı bileşenlere kıyasla çok daha kısa bağlantılarla iletişim kurabilir.

Bu mesafe, uygun tasarımda:

• Daha yüksek bağlantı yoğunluğuna.
• Yüksek bant genişliğine.
• Düşük veri aktarım enerjisine.
• Düşük bağlantı gecikmesine.

katkı sağlayabilir.

Ancak bütün performans sonuçlarını mesafe açıklamaz. Paket yapısı, bağlantı genişliği, protokol işlemleri ve tamponlama da önemlidir.

Ayrıca bağlantı gecikmesinin düşük olması, uygulamanın aynı oranda hızlanacağı anlamına gelmez. İş yükünün asıl darboğazı bellek erişimi veya hesaplama olabilir.

UCIe Her Chiplet’i Birbiriyle Uyumlu Yapar mı?

Hayır. UCIe önemli bir bağlantı katmanını standartlaştırır; fakat ürün entegrasyonunun bütün ayrıntılarını çözmez.

Birlikte çalışacak bileşenlerde şu konuların da uyumlu olması gerekir:

• Desteklenen UCIe özellikleri ve yapılandırmalar.
• Kullanılan üst düzey protokol.
• Bağlantı boyutları ve fiziksel yerleşim.
• Güç ve saat gereksinimleri.
• Bellek ve adresleme modeli.
• Güvenlik ve yönetim işlevleri.
• Paketleme ve test koşulları.

Örneğin iki chiplet aynı bağlantı standardını kullansa bile biri diğerinin beklediği veri işleme işlevini sunmayabilir.

Ortak bağlantı, ortak sistem davranışını kendiliğinden oluşturmaz. İşlemcilerin bellek tutarlılığı veya görev paylaşımı gibi özellikleri ayrıca tasarlanır.

Yapay Zekâ İşlemcileri İçin Ne Sağlayabilir?

Yapay zekâ sistemlerinde hesaplama birimleri, bellek erişimi ve giriş/çıkış altyapısı arasında büyük miktarda veri taşınır.

Chiplet yaklaşımı, farklı işlevlerin ayrı yongalarda geliştirilmesini sağlayabilir. UCIe ise uygun tasarımlarda bu bileşenler arasında standart bir bağlantı oluşturabilir.

Örneğin bir sistemde hesaplama chiplet’i ile giriş/çıkış chiplet’i farklı üretim süreçleriyle hazırlanabilir. Başka bir tasarımda özel bir hızlandırıcı, işlemciyle aynı paket içinde iletişim kurabilir.

Ancak pakette HBM bulunması, HBM’nin doğrudan UCIe üzerinden bağlandığı anlamına gelmez. HBM’nin kendi bellek arayüzleri vardır. UCIe’nin hangi bileşenleri bağladığı, ilgili tasarımda ayrıca incelenmelidir.

Paketleme Teknolojisi Neden Belirleyici?

Chiplet’lerin birbirine yakın yerleştirilmesi, tek başına yeterli değildir. Aralarındaki sinyallerin güvenilir biçimde taşınması gerekir.

Paket altyapısı bağlantı yoğunluğunu, mesafeyi ve sinyal kalitesini etkiler. Güç dağıtımı ve ısının uzaklaştırılması da aynı tasarımın parçasıdır.

Bu nedenle UCIe bağlantısı şu alanlarla birlikte ele alınır:

Sinyal bütünlüğü: Verinin elektriksel olarak güvenilir iletilmesi.

Güç bütünlüğü: Bileşenlere kararlı besleme sağlanması.

Isı yönetimi: Aynı paketteki yongaların çalışma sıcaklıklarının kontrol edilmesi.

Test edilebilirlik: Hatalı bağlantıların ve bileşenlerin tespit edilmesi.

Küçük bir chiplet’in çalışması, birleştirilmiş paketin bütün koşullarda sorunsuz çalışacağını göstermez.

Yazılım UCIe’yi Doğrudan Görür mü?

Her zaman değil. Uygulama yazılımı çoğunlukla donanımın sunduğu işlemciyi, hızlandırıcıyı veya aygıt arayüzünü kullanır.

UCIe bağlantısı, bu bileşenlerin altında çalışan altyapının bir parçası olabilir. Kullanılan protokol ve sistem düzenine göre mevcut yazılım modellerinden yararlanılabilir.

Bu nedenle “UCIe için bütün işletim sistemleri yeniden tasarlanmalı” demek doğru değildir. Buna karşılık yeni hızlandırıcıların sürücüleri, bellek paylaşımı ve kaynak yönetimi ek yazılım çalışması gerektirebilir.

Maliyet Avantajı Nasıl Değerlendirilmeli?

Ortak bağlantı ve yeniden kullanılabilir bileşenler geliştirme yükünü azaltabilir. Ancak ekonomik sonuç bütün ürün üzerinden değerlendirilmelidir.

Chiplet üretimi, paketleme, test, bağlantı alanı ve tasarım doğrulaması maliyete dâhildir. Bir bileşenin arızalanması, tamamlanmış paketin kullanılabilirliğini de etkileyebilir.

Bu yüzden UCIe’nin değeri yalnızca daha ucuz bağlantı kurmak değildir. Tasarım tekrarını, entegrasyon sürecini ve bileşen kullanımını daha yönetilebilir hâle getirme potansiyelidir.

Sık Sorulan Sorular

UCIe, anakart üzerindeki PCIe yuvasının yerine mi geçiyor?

Hayır. Temel kullanım alanı aynı paket içindeki yongalar arası bağlantıdır. Anakart üzerindeki genişleme bağlantısıyla aynı fiziksel işlevi üstlenmez.

UCIe destekli chiplet’ler kullanıcı tarafından değiştirilebilir mi?

Genellikle hayır. Bunlar işlemci paketinin üretim aşamasında birleştirilen bileşenleridir. UCIe, tüketiciye yönelik takıp çıkarılabilir bir soket standardı değildir.

Bütün chiplet işlemciler UCIe kullanır mı?

Hayır. Chiplet, mimari bir yaklaşımdır. Yongalar arasında özel veya başka standart bağlantılar kullanılabilir.

Farklı üretim süreçlerindeki chiplet’ler birlikte çalışabilir mi?

Uygun tasarımla mümkün olabilir. Ancak bağlantı, güç, paketleme ve sistem gereksinimlerinin birlikte doğrulanması gerekir.

Kaynaklar: UCIe Consortium — Universal Chiplet Interconnect Express teknik spesifikasyonları ve UCIe mimari kaynakları; Debendra Das Sharma ve diğerleri — Universal Chiplet Interconnect Express (UCIe): An Open Industry Standard for Innovations With Chiplets at Package Level.

Editör Notu

Bu içerik, UCIe bağlantı standardının çalışma mantığını ve chiplet tasarımlarındaki rolünü ele alan bir araştırma ve değerlendirme yazısıdır. İçerikte yer alan değerlendirmeler editoryal yorum niteliğindedir. Bant genişliği, gecikme, enerji tüketimi ve birlikte çalışabilirlik; standart sürümüne, desteklenen özelliklere, paketleme yapısına ve sistem tasarımına bağlıdır. UCIe desteği, farklı üreticilerin bütün chiplet’lerinin doğrudan birlikte çalışacağını garanti etmez.