Wie groß wäre eine AD102 GPU mit altem Fertigungsprozess?

[Standeck]

Griaß eich Buam,

hab Chat GPT ein interessante Frage gestellt die ich hier gern mit euch teilen würde.

Frage:

Die Nvidia AD102 GPU wird auf der Geforce RTX 4090 verwendet. Wie groß ist die Chipfläche dieser GPU und wie groß wäre diese Fläche, würde die GPU in dem selbem Prozess gefertigt wie die erste 8086 CPU?


Die NVIDIA AD102 GPU, die in der GeForce RTX 4090 verwendet wird, hat eine Chipfläche von etwa 608 Quadratmillimetern.

Die Intel 8086 CPU, die 1978 auf den Markt kam, wurde im NMOS-Prozess mit einer Strukturgröße von 29.000 Nanometern (29 Mikrometern) gefertigt und hatte eine Chipfläche von etwa 33 Quadratmillimetern.

Um die Chipfläche der NVIDIA AD102 GPU in einem vergleichbaren Prozess wie dem der 8086 CPU zu schätzen, können wir eine grobe Abschätzung auf der Grundlage der Unterschiede in der Prozess-Technologie und der Dichte der Transistoren vornehmen. Dies ist eine vereinfachte Berechnung, da die tatsächliche Skalierung durch viele Faktoren beeinflusst wird, darunter die Art der Schaltung, die Transistordichte, und die Design-Kompilierung.
Abschätzung der Chipfläche bei 8086-Technologie

Vergleich der Strukturgrößen: Die 8086-CPU hat eine Strukturgröße von etwa 29 Mikrometern, während moderne GPUs wie die AD102 auf einem Prozess von etwa 4 Nanometern (0,004 Mikrometer) gefertigt werden. Der Unterschied in der Strukturgröße beträgt etwa:
29 Mikrometer0,004 Mikrometer=7,250
0,004 Mikrometer29 Mikrometer=7,250

Das bedeutet, dass die 8086-CPU etwa 7.250-mal größere Strukturen hat als die moderne GPU.

Einfluss auf die Chipfläche: Die Anzahl der Transistoren und die Fläche eines Chips steigen nicht linear mit der Strukturgröße. Daher ist die tatsächliche Zunahme der Chipfläche nicht einfach proportional. Eine grobe Schätzung könnte jedoch darauf hindeuten, dass die Fläche exponentiell wächst.

Schätzung: Wenn wir annehmen, dass die Fläche der GPU proportional zum Quadrat der Strukturgröße wächst (eine vereinfachte Annahme), dann könnte die Fläche der GPU auf Basis der 8086-Technologie etwa:
608 Quadratmillimeter×(7,250)2≈608 Quadratmillimeter×52,562,500≈31,976,800 Quadratmillimeter
608 Quadratmillimeter×(7,250)2≈608 Quadratmillimeter×52,562,500≈31,976,800 Quadratmillimeter

Das entspricht etwa 31.977 Quadratmetern, was offensichtlich unpraktisch groß ist.

In der Praxis würde die Fläche wahrscheinlich nicht so extrem wachsen, da die Architektur, der Layout-Effizienz und die Fertigungstechnologien unterschiedliche Skalierungseffekte haben. Jedoch zeigt diese grobe Schätzung, dass die moderne GPU auf einem viel kleineren Chipraum als es mit der alten Technologie möglich wäre. Die tatsächliche Fläche würde wahrscheinlich mehrere Quadratmeter betragen, was die Machbarkeit eines solchen Designs in älteren Technologien veranschaulicht.

 

[Incredible Alk]

ChatGPT hat wie so oft nicht die geringste echte Ahnung und klöppelt Unsinn zusammen.

Was die KI beispielsweise anscheinend nicht weiß ist, dass der "4 Nanometer-Prozeß" heute eben nicht eine Strukturgröße von 4 Nanometern hat sondern nur noch ein Marketingname ist. Man müsste solche Rechnungen ohnehin mit einer Flächengröße machen (etwa der berühmten SRAM-Zelle) und nicht mit Längeneinheiten von Einzelkrriterien. Daher ist die ganze Rechnung vom BOT schon für die Fische

Immerhin "weiß" die KI, dass "die Architektur, der Layout-Effizienz und die Fertigungstechnologien unterschiedliche Skalierungseffekte haben" und mans sowieso nicht so einfach rechnen könnte selbst wenn die Größenangaben stimmen würden.

Um die rechnung einigermaßen hinzukriegen müsste man sich die ganzen FullNodes von damals raussuchen (die aus der Zeit wo FullNode noch doppelte Dichte bedeutet hat), dann schauen ab wann das nicht mehr so war und wo dazwischen die fertiger gewechselt haben und bei jedem einzelnen Nodeschritt/Fertigerwechsel dann die Vergleichstabellen bemühen wie viel Prozent dichter der eine Node gegenüber seinem Vorgänger war. Aus der ganzen Verkleinerungsreihe könnte man dann zurückrechnen wie groß ein theoretischer moderner Prozessor in alter Fertigung sein müsste.

Dass die dabei herauskommende Einheit keine Quadratmillimeter sondern Galileo-Fußballfelder sein werden ist naheliegend - wie viele davon genau wäre eben Fleißarbeit die ganzen Daten zu besorgen und zu rechnen (was eine KI heutzutage ganz sicher nicht beherrscht).

 

[Standeck]

Klingt nach einer schwierigen Aufgabe. Hab ich auch hier schon mal als Artikel (oder Zusatz zu einem Artikel) schon mal angefragt dieses Thema. Aber bis jetzt wurde die Idee noch nicht angenommen.
Der Bot kommt auf ca. 32 qm. Wenn ich deinen Post richtig lese wäre es in Wahrheit eine größere Fläche?

Die berühmten Fußballfelder, ja. Nur schwankt deren Größe selbst zwischen 0,5 und 1.0 Hektar, und das Regel Konform. Am liebsten wären mir einfach qm oder ha als Angabe.

Noch eine Zusatzfrage: Warum braucht man bei TSMC und Intel mittlerweile Marketing Namen für Fertigungsprozesse? Es sind doch eh nur Große Firmen die ihre Chips dort in Auftrag geben, warum braucht man da Marketing Namen ?

 

[Incredible Alk]

Klingt nach einer schwierigen Aufgabe.

Schwer nicht - nur aufwendig in der Recherche.

Der Bot kommt auf ca. 32 qm. Wenn ich deinen Post richtig lese wäre es in Wahrheit eine größere Fläche?

Keine Ahnung obs mehr oder weniger ist - der Bot kommt aber auf 32000 Quadratmeter wenn ich mal den Punkt als Tausendertrennzeichen nunterstelle. Das sind bestimmt 5 Galileo-Fußballfelder?

Noch eine Zusatzfrage: Warum braucht man bei TSMC und Intel mittlerweile Marketing Namen für Fertigungsprozesse?

Früher war es so, dass die Nanometer-Angaben immer auf eine Verdoppelung der Dichte kamen, denn das war ein Full Node.
Deswegen kam nach 90nm 65nm (auf Fläche gesehen musste durch Wurzel 2 teilen, 90/sqr(2)=63,6 gerundet 65) und dann 45, 32, 22, 14... nur irgendwann wurde die Entwicklung langsamer und schwieriger, man konnte eben nicht mehr alle 2 Jahre oder sowas die Packungsdichte verdoppeln. Das jetzt dem Konkurrenten so ohne weiteres zu verraten ist aber strategisch ziemlich blöd. Also nennen wirs weiter 10, 7, 4, 3,... Nanometer, ohne dass beispielsweise 7nm auch nur annähernd doppelt so dicht wäre wie 10nm (TSMC-7 ist beispielsweise 1,56x so dicht wie TSMC-10, nicht 2x).
Da waren die Nanometerangaben nur noch beliebige Namen für den nächsten Prozess, deswegen kann man die auch nicht vergleichen und noch weniger (wie ChatGPT) rechnen. Ein "Intel-10nm" der mittlerweile einfach "Intel-7" genannt wurde ist völlig anders als ein TSMC-10 oder TSMC-7 oder ein Samsung-7.

Intels "10nm" sind sogar dichter als TSMCs "7nm"

 

[Standeck]

Also 3.2 Hektar. Nicht schlecht, auch wenn es jetzt nach oben oder unten schwankt von der tatsächlichen Größe, ist das eine krasse Vorstellung. Ich kenn hier Felder und Wiesen die so groß sind. Ein Fußballfeld ist maximal 1 Hektar groß, also 3,2 Spielfelder. Wie groß genau das Galileo Fußballfeld ist weiß ich jezt nicht so genau.

Tante Edit: Wie im Screenshot zu sehen ist das Spielfeld in der Allianz Arena 0,71 Hektar groß. Also liegst Du mit deiner Schätzung nicht weit weg. Das wären 4,5x das Spielfeld der Allianz Arena.

 

[Prozessorarchitektur]

Mit einen n12 node keine chance da wäre der chip locker 871mm² groß was man nicht belichten kann.
Das maxed sind aktuell 830mm² was eine Maske kann. Die yield ist dann sehr schlecht bei ner fehlerdichte von 0,15 nur noch 30%
In n3 gleicher chip wäre bei 500mm² und taktet bei grob 3,2ghz und hat 60% yield
Das Si ist das eigentliche problem derzeitiger chips das skaliert nicht mehr seit n16 faktisch muss das SI schrumpfen da führt kein Weg herum die Alternative ist cowos und die chips stapeln wo das SI mit analog in n6 und darüber in n2 node die alu. Und genau das sehe ich ab rubin auch kommen. Der Takt wird aber dadurch sinken von 3,2ghz auf maximal 2,4ghz
das ist aber egal weil man bis zu 414mm² 512bit dann 432sm verbauen kann der kleinere chip 207mm² 256bit Si wird entsprechend 216 sm haben. Ob dann noch ein chip mit 108sm kommt würd ich nein sagen rubin Erscheint erst 2027 als rtx70
Das Si ist der teure teil eines chipdesign aktuell ist man bei grob 45-55 alu zu Si
Ampere hatte noch 50-50 turimg waren es 55-45
Erst a18 node halbiert sich der chip gänzlich aber auch die Belichtungsmaske wird halbiert von 830mm² auf 410mm²
mcm ist unausweichlich