Huawei xếp chồng hai lớp silicon để tăng mật độ xử lý ra sao?

Điểm đáng chú ý nhất của Kirin 9050 Pro không phải là Huawei chỉ thu nhỏ transistor, mà là xếp chồng hai lớp silicon đang hoạt động. Ảnh die từ Kurnal Insights cùng phân tích tháo máy của Geekerwan cho thấy một lớp thiên về logic tính toán, lớp còn lại tập trung vào SRAM và bộ nhớ đệm (cache). Cách bố trí này có thể tăng mật độ hiệu dụng của toàn chip và rút ngắn một số đường kết nối, nhưng những số liệu hiện có không chứng minh Kirin 9050 Pro được sản xuất bằng quy trình transistor tiên tiến hàng đầu.31113

Bên trong thiết kế hai lớp

Hai die — các mảnh silicon chứa mạch của chip — được cho là có cùng kích thước, khoảng 11,13 × 10,84 mm, tương đương 120,65 mm² mỗi die. Một die chủ yếu đảm nhiệm logic tính toán; die kia chứa SRAM và cache, cùng một số chức năng như I/O và mạch tạo xung nhịp.111315

Hai lớp được ghép mặt đối mặt bằng công nghệ liên kết hybrid đồng–đồng. Bước liên kết được báo cáo vào khoảng 1,5 micromet, cho phép tạo các kết nối dọc sít nhau giữa hai die.1315

Các báo cáo cũng nêu khoảng 50 triệu kết nối dọc và khoảng 80.000 TSV (through-silicon via, tức các đường dẫn xuyên qua silicon). Đây là hai nhóm kết nối khác nhau: không nên cộng hai con số này lại hoặc xem chúng tương đương. Mô tả về cách bố trí TSV cũng chưa hoàn toàn thống nhất, nên tốt nhất xem đây là các số liệu được báo cáo riêng lẻ, chứ chưa phải sơ đồ đã được xác nhận đầy đủ cho mọi kết nối trong chip.13515

Mật độ transistor tăng nhờ xếp chồng, không chỉ nhờ thu nhỏ

Các bài phân tích tháo máy ước đoán die tính toán dùng quy trình N+3 của SMIC, còn die thiên về SRAM dùng N+2. Đây là suy luận được đưa tin, chưa phải xác nhận dứt khoát về quy trình sản xuất của từng lớp.1115

Huawei công bố mật độ hiệu dụng khoảng 238 triệu transistor/mm², so với mức nền khoảng 155 triệu transistor/mm² mà hãng đưa ra — tăng khoảng 54%. Con số này mô tả lợi ích mật độ được báo cáo của thiết kế xếp chồng; không có nghĩa mỗi die riêng lẻ đều tăng mật độ transistor tương ứng nhờ chuyển sang một quy trình nhỏ hơn.1211

Mức tiết kiệm điện và kết quả benchmark cần được nhìn đúng mức

Huawei tuyên bố rằng ở cùng mức hiệu năng, điện năng tiêu thụ giảm 41% ở CPU, 58% ở GPU và 66% ở NPU. Đây là số liệu do công ty công bố, không phải kết quả được xác lập chỉ bằng việc tháo máy; các bài đưa tin khi chip ra mắt cũng lưu ý rằng những tuyên bố này chưa được kiểm toán độc lập.1248

Kết quả benchmark được đưa tin cũng không đồng nghĩa Kirin 9050 Pro đã ngang tầm mọi chip cao cấp. Theo các phân tích của Bernstein, chip này vượt Apple A17 Pro trong một số bài kiểm tra đa nhân của Geekbench 6, nhưng vẫn kém A20 Pro đời mới hơn trong phép so sánh được đưa tin. Điều đó cho thấy tiến bộ ở một số tác vụ, chứ chưa phải chiến thắng trên mọi chip hay mọi bài thử.49

Kirin 9050 Pro được cho là trang bị trên các mẫu Mate 90 cao cấp hơn. Như vậy, LogicFolding đã xuất hiện trong sản phẩm thương mại, thay vì chỉ dừng ở một kiến trúc được đề xuất.6

Lợi thế có thật, nhưng không xóa được giới hạn sản xuất

Xếp chồng giúp Huawei có thêm cách tăng mật độ hiệu dụng mà không phải phụ thuộc hoàn toàn vào việc thu nhỏ quy trình sản xuất thông thường. Việc tách khối tính toán và bộ nhớ cũng có thể cho phép mỗi phần dùng một quy trình khác nhau, đồng thời đưa một số đường truyền dữ liệu đến gần nhau hơn.711

Đổi lại, thiết kế này làm khâu tích hợp phức tạp hơn: cần sản xuất hai die đang hoạt động rồi ghép chúng với bước liên kết cực nhỏ. Các nguồn hiện có chưa xác nhận tỷ lệ thành phẩm, chi phí hay hiệu quả tản nhiệt, vì vậy những kết quả thực tế này vẫn chưa rõ. Quan trọng hơn, xếp chồng không khiến transistor được sản xuất trên quy trình cũ hoạt động như transistor của một quy trình tiên tiến hàng đầu.

Trong bối cảnh các biện pháp kiểm soát xuất khẩu của Mỹ, LogicFolding nên được hiểu là một cách ứng phó với một số hạn chế trong việc mở rộng quy mô chip — không phải bằng chứng cho thấy Huawei đã ngang bằng về quy trình sản xuất hay sở hữu chuỗi cung ứng hoàn toàn độc lập. Các thông tin về con chip cho biết chuỗi cung ứng của nó vẫn chưa được công bố.19