Quando foi lançado, em 2000, um Intel Pentium 4 (fabricado a 180 nm) usava 42 milhões de transístores e ocupava uma área de 217 mm2. Já um Intel Core de 12.ª geração (Alder Lake) de 2021 é feito com 10 nm e tem mais de nove mil milhões de transístores, numa área ligeiramente mais pequena que a do Pentium 4: 215 mm2. Estes números são reveladores do aumento da complexidade, e densidade, dos processadores actuais, que precisam de recorrer a artimanhas para poderem garantir que os materiais semicondutores correspondem às exigências.
Esta situação aplica-se igualmente aos processadores gráficos (GPU): por exemplo, as novas Nvidia GeForce RTX 4090 têm 76 mil milhões de transístores numa área de 608 mm2, graças ao uso do avançado processo de fabrico de 4 nm.
Os novos Intel Xeon Max Series (CPU Sapphire Rapids e GPU Ponte Vecchio) são o sonho de qualquer entusiasta do design modular: ao usarem 47 segmentos, superam a marca dos cem mil milhões de transístores, com 64 GB de memória HBM2 integrada.
Múltiplos chips
Para evitar a criação de chips tão complexos, os fabricantes estão a desenvolver novas soluções. Neste campo, a AMD foi pioneira: desde a segunda geração de arquitectura Zen (os Ryzen da série 3000), criou uma estrutura modular, composta por múltiplos chips, a MCM (Multi-Chip Module). No caso dos Ryzen, a AMD dividiu-os em três: dois CCD (Core Complex Die), onde estão alojados os núcleos e a respectiva memória cache; e um I/O Die, onde está integrado o controlador de memória, o PCI-Express e, em alguns casos, a controladora gráfica.
Recorrendo a esta solução de chiplets (múltiplos chips), a AMD consegue, assim, garantir que a TSMC, ao fabricar componentes semicondutores mais pequenos e simples, consiga ter um maior número de chips funcionais, face ao que aconteceria se tivesse de produzir chips ainda maiores e mais complexos.
Isto também permite à AMD poder usar vários fornecedores de chips semicondutores e diferentes tipos de processos de fabrico; um dos casos é usar o I/O Die num processo de fabrico maior e menos dispendioso, já que a sua complexidade será significativamente menor que a de um CCD.
Soluções gráficas e futuro
Curiosamente, no mundo das placas gráficas para utilização pessoal, a AMD também é pioneira: fez com que a GPU NAVI31 de arquitectura RDNA3, que equipa as novas Radeon RX 7900 XTX e Radeon RX 7900 XT, passasse a recorrer a uma solução com chiplets.
Segundo a própria AMD, esta solução permite dividir os mais de 58 mil milhões de transístores em dois chips GCD (Graphics Compute Die) a 5 nm, onde estão as unidades computacionais; e seis MCD (Memory Compute Die) a 6 nm, cada um com 16 MB de memória cache e um controlador de memória integrado de 64-bit, que por sua vez comunicam com a memória gráfica da placa. Originalmente, a Nvidia ponderava adoptar uma solução chiplet para as futuras GeForce RTX 50, mas, segundo alguns rumores, esta decisão poderá ter sido novamente adiada.
