Tại sao các GPU đắt tiền như vậy?

29

Tôi có nghĩa là so với IC (ASICs) với độ phức tạp tương tự, tốc độ, vv Hãy so sánh chuyển mạch Ethernet để Kintex FPGA (lưu ý rằng việc chuyển đổi đắt nhất trong danh sách là khoảng đắt tiền như là rẻ nhất Kintex):

FPGA là các IC có cấu trúc tốt (như RAM). Chúng có thể được thu nhỏ và phát triển dễ dàng.
Các công cụ thiết kế ( Vivado , Quartus , v.v.) cũng đắt tiền, vì vậy tôi nghĩ rằng giá của một bản đồ họa là giá của chính IC (và sự phát triển) không bao gồm chi phí hỗ trợ và các công cụ. (Một số nhà cung cấp không phải là nhà cung cấp công cụ miễn phí có chi phí phát triển bao gồm giá IC.)

Là các GPU được sản xuất với số lượng thấp hơn so với các IC khác? Hoặc có bất kỳ khai thác công nghệ?

fpga

— betontalpfa
nguồn

4

Tôi nghĩ ai đó đã làm Ph.D. luận án khoa học kinh doanh về chủ đề này. Đó không phải là câu hỏi về công nghệ, đó là câu hỏi kinh doanh nhiều hơn liên quan đến so sánh công nghệ của táo với cam. Nguyên tắc chính là - các công cụ phát triển (sản phẩm) luôn đắt hơn các sản phẩm tiêu dùng - vì nhiều lý do, từ ước tính doanh thu / chi phí, và nhu cầu thị trường, và sự sẵn có của các sản phẩm cạnh tranh (chức năng).

— Ẩn danh

7

Bạn đã bao giờ nhìn vào một đồ họa cao cấp và tất cả các tính năng mà nó cung cấp chưa? Nó là xa tầm thường để làm cho tất cả hoạt động tốt với nhau và dự đoán các tương tác có thể. Một ASIC phức tạp tương tự cũng đắt như địa ngục với cùng một số lượng, điểm mà ASIC trở nên rẻ hơn là khi được bán trong nhiều triệu. Và so sánh của bạn khá không công bằng vì các bộ chuyển mạch ethernet thường không chứa nhiều độ phức tạp như một đồ họa với tất cả PLL và điều hòa tín hiệu và hàng ngàn chân GPIO.

— PlasmaHH

6

Tôi không có được sự so sánh. Fpga có giá từ 80 xu đến 50000 đô la - tùy thuộc vào kích thước và tính năng. Thiết bị chuyển mạch Ethernet bắt đầu ở mức 20 đô la và tăng ít nhất lên tới hàng trăm nghìn đô la, tùy thuộc vào kích thước và tính năng.

— asdfex

2

Là một người làm việc với cả hai công tắc chuyển mạch và ethernet: tại sao đó là hai datapoint của bạn?

— DonFusili

3

Xin lỗi vì đã khắc nghiệt nhưng: "Một con chip có thể làm mọi thứ đắt hơn một con chip chỉ có thể làm 1 việc". Làm thế nào mà thậm chí là một câu hỏi?

— Đặc vụ_L

60

Các chip đồ họa bao gồm cả logic và kết nối lập trình giữa các yếu tố logic, trong khi ASIC chỉ bao gồm logic.

Bạn sẽ ngạc nhiên về diện tích chip được dành cho "kết nối kết cấu" trong một đồ họa - nó dễ dàng đạt 90% hoặc hơn chip. Điều này có nghĩa là các GPU sử dụng ít nhất 10 × diện tích chip của một ASIC tương đương và diện tích chip rất đắt!

Nó tốn một khoản tiền nhất định để thực hiện tất cả quá trình xử lý trên một tấm wafer silicon nhất định, bất kể có bao nhiêu chip riêng lẻ trên đó. Do đó, với xấp xỉ đầu tiên, chi phí chip tỷ lệ thuận với diện tích của nó. Tuy nhiên, có một số yếu tố làm cho nó tồi tệ hơn thế. Đầu tiên, các chip lớn hơn có nghĩa là có ít trang web có thể sử dụng hơn trên wafer để bắt đầu - các tấm wafer có hình tròn, chip có hình vuông và rất nhiều diện tích bị mất xung quanh các cạnh. Và mật độ khuyết tật có xu hướng không đổi trên wafer, điều đó có nghĩa là xác suất để có được một con chip không có khuyết tật (nghĩa là "năng suất") giảm theo kích thước chip.

— Dave Tweed
nguồn

3

Chắc chắn một ASIC sẽ cần một số mức độ kết nối nội bộ. Tôi nghĩ rằng bạn có nghĩa là FPGA có một loạt các kết nối, dây và công tắc đi kèm, đi đến những nơi bạn không nhất thiết cần, trong khi ASIC được xây dựng chỉ với những cái bạn cần.

— dùng71659

1

Các GPU có thể yêu cầu nhiều thời gian thử nghiệm hơn và thời gian thử nghiệm cũng không rẻ.

— Nick Alexeev

3

@awjlogan Không phải với tấm wafer lớn hiện đại - AFAIK họ sử dụng quy trình "bước và lặp lại" .

— Tom Carpenter

5

@HarrySvensson: Từ định nghĩa Tệp Jargon cho nanoacre : "Một đơn vị (khoảng 2 mm vuông) bất động sản trên chip VLSI. Thuật ngữ này có giá trị cười khúc khích từ thực tế là các nano nano có chi phí trong cùng phạm vi như mẫu thực một con số trong chi phí thiết kế và chế tạo. " Điều này đã đúng trong một thời gian rất dài.

— Dave Tweed

1

Tất cả đã nói và thực hiện cái chết vật lý thực sự từ một fab thực sự không quá đắt, nó luôn làm phiền tôi rằng một IC lớn có xu hướng chi phí một phần của gói mà chúng đang được đặt vào. Một wafer có khiếm khuyết, và các IC từ 100 đến một wafer sẽ có khả năng thất bại cao gấp 10 lần do một khiếm khuyết so với các IC có 1000 đến một wafer. Không đề cập đến các chi phí thêm của thử nghiệm và kỹ thuật đi vào chúng. Một FPGA có thể bị giới hạn về mặt kẻ ô, đó là kích thước tối đa được công nghệ cho phép, ở mức> 25mmx25mm trong khi một IC thông thường sẽ chỉ là ~ 4mm ^ 2.

— Edgar Brown

21

Một trình điều khiển chính của chi phí là xác minh.

Các GPU cần phải được kiểm tra riêng trước khi bán. Điều này là một phần để đảm bảo rằng tất cả hàng ngàn đến vài triệu kết nối định tuyến và các ô logic đều hoạt động. Tuy nhiên, việc xác minh cũng liên quan đến đặc tính hóa và cấp tốc độ - xác định tốc độ của silicon có thể hoạt động nhanh và độ trễ và tốc độ lan truyền của tất cả nhiều kết nối và các ô được khớp phù hợp với các mô hình thời gian cho cấp của nó.

Đối với các thiết kế ASIC, việc kiểm tra thường đơn giản hơn - thiết kế có - không thực hiện như mong đợi. Vì vậy, thời gian cần thiết để xác minh có thể ít hơn nhiều, và do đó rẻ hơn để thực hiện.

— Thợ mộc Tom
nguồn

1

ASIC thường được thử nghiệm với chuỗi quét. Tôi thấy không có lý do tại sao điều này sẽ không thể đối với các GPU. Ngoài ra còn có ASIC được hiệu chuẩn và thử nghiệm riêng lẻ ở các nhiệt độ khác nhau và chúng vẫn được bán với giá vài đô la.

— Michael

2

Với ASIC, thao tác chính xác đã được xác định - với một FPGA, bạn cần nó hoạt động chính xác

— KHAI THÁC

ASICS và các chip khác đều đã được thử nghiệm và, thường, đã bị phạt vì tốc độ. Tôi sẽ chấp nhận điều này như là một đối số hợp lệ nếu bất kỳ ai cũng có thể tạo ra những con số thậm chí là thô trong bao lâu thì một GPU cần phải ngồi trên băng ghế thử nghiệm so với các loại chip khác. Trực giác của tôi là, ngay cả khi cần thử nghiệm lâu hơn, phần còn lại của quá trình sản xuất có thể chiếm ưu thế về mặt đóng góp cho chi phí sản xuất. Để duy trì thông lượng, họ có thể cần một dây chuyền thử nghiệm lớn hơn để bù lại thời gian thử nghiệm dài hơn, nhưng đó là một phần nhỏ của quy trình produciton mà tôi vẫn nghi ngờ ...

— J ...

@rackandboneman Thao tác đúng cho một đồ họa cũng được xác định. Họ có thể kiểm tra mọi yếu tố logic và kết nối riêng biệt. Những gì bạn đang nói sẽ giống như nói rằng CPU không thể được kiểm tra vì chúng cần phải hoạt động chính xác bất kể phần mềm nào chạy trên chúng.

— dùng253751

13

Có một (nhiều) điểm quan trọng thường bị bỏ qua, quy trình công nghệ.

Các GPU có thị phần cao được sản xuất với công nghệ tiên tiến. Cụ thể hơn, các GPU Kintex-7 có quy trình TSMC 28nm và lô hàng của chúng bắt đầu vào năm 2011 ^[1] . TSMC đã bắt đầu sản xuất hàng loạt 28nm trong cùng năm ^[2] .

[1] Xilinx xuất xưởng các loại Kintex-7 28nm đầu tiên (Theo Clive Maxfield, 03,21.11)

[2] Chang cho biết: "Sản xuất khối lượng 28nm của chúng tôi vào năm ngoái và đóng góp 2% doanh thu wafer của 4Q11."

Tôi không biết quy trình của các thiết bị chuyển mạch ethernet, nhưng hầu hết các công ty thiết kế ASIC không tuân theo công nghệ tiên tiến. Nó cũng không có ý nghĩa đối với các xưởng đúc.

Biểu đồ sau cho thấy doanh thu của TSMC theo công nghệ ( 1Q18 ). Ngay cả trong năm 2018, 39% doanh thu đến từ các công nghệ cũ hơn 28nm. Nếu chúng ta nghĩ về số lượng chip, không khó để tưởng tượng rằng hơn một nửa số ASIC ngày nay được sản xuất với công nghệ cũ hơn Kintex-7 7 tuổi.

Kết luận lại, công nghệ xử lý là một trong những yếu tố khiến cho các bản đồ đắt tiền hơn. Tôi không khẳng định nó là một yếu tố chi phối, nhưng đủ quan trọng để được xem xét.

— ahmedus
nguồn

Artix-7 được tạo ra từ quá trình nào?

— iBug

@iBug Tương tự với Kintex-7.

— ahmedus

3

Tôi sẽ đi ra ngoài và nói rằng điều này bị chi phối rất nhiều bởi cung và cầu đơn giản. Thiết bị chuyển mạch Ethernet được sản xuất hàng loạt với quy mô kinh tế lớn và được bán giảm giá so với các chip không được sử dụng rộng rãi. Các GPU, tôi nói, gần như không được triển khai rộng rãi như các bộ chuyển mạch ethernet và do đó chúng có giá cao hơn vì chi phí phát triển và cơ sở hạ tầng được trải rộng trên ít khách hàng hơn.

Đây không phải là về quá trình hoặc kích thước chết hoặc bất cứ điều gì như thế. Hãy xem xét Xilinx Virtex-7 (chỉ vì tôi có thể dễ dàng tìm thấy dữ liệu hơn cho nó) và hãy so sánh với một vài người đương thời:

Virtex7 (2011), bóng bán dẫn 28nm, ~ 6,8 tỷ, $ 2500USD (mẫu phổ biến) đến $ 35.000USD (mẫu cao cấp hơn)
NVIDIA Kepler GK110 (2012), 28nm, ~ 7.1 tỷ bóng bán dẫn, thẻ Tesla K20 ~ $ 3200USD khi ra mắt (giá chip chỉ là một phần nhỏ hơn)
XBoxOne SOC (2013), 28nm, ~ 5 tỷ bóng bán dẫn, $ 499 USD cho toàn bộ XBox khi ra mắt
Xeon E5-2699 v3 [18 lõi] (2014), 22nm, ~ 5,6 tỷ bóng bán dẫn, ~ $ 4500USD

Vì vậy, về tổng thể, Virtex FPGA có vẻ có giá hợp lý (các mẫu phổ biến hơn) so với các silicon khác có số lượng bóng bán dẫn, thế hệ và khối lượng bán hàng tương tự. XBox SOC nổi bật như một thứ được triển khai rộng rãi trong một thiết bị tiêu dùng và chi phí cũng thấp hơn nhiều.

Máy tính GK110 của NVIDIA được triển khai ít hơn nhiều so với các chip tiêu dùng tương tự có thẻ chơi game và đắt hơn tương tự, thậm chí còn có sự tương đồng về kiến trúc và thực tế là các chip được sản xuất trong cùng một nhà máy.

Đối với chip Virtex, không có sự khác biệt gấp 10 lần về độ phức tạp của chip 2500 đô la so với chip 35000 đô la - đơn giản là loại chip này ít phổ biến hơn và với khối lượng bán hàng thấp hơn, chi phí cho mỗi đơn vị nhất thiết phải cao hơn.

The market is full of this. Anything you can sell a hundred million of you can always make cheaper than something you will maybe sell a hundred thousand of.

— J...
nguồn

I don't think you can trust the $35,000 price from digikey or wherever to be an accurate representation of actual quantity pricing. Probably closer to $5k...at launch...

— ks0ze

1

I'm not sure how true this is, but I was lead to believe that consoles such as the Xbox are typically sold at either a loss or at cost, and the difference is recouped through game sales.

— Éliette

@ks0ze, very few customers buy $35k chips in really large quantities (10k/month or more, say). And last time I needed to buy from Xilinx, they claimed to only sell through distribution (whether this is actually true when buying 1000s of units I don't know).

— The Photon

That said, you certainly can call the distributor and negotiate a better price if you want more than a few 100 parts.

— The Photon

@ks0ze That is the actual book price from Xilinx. If you want just a few, that's what you'll probably have to pay. Xilinx are hard cases with prices, but you can bargain down if you're buying a lot, yes. I don't think that tells us anything except that FPGAs aren't bought and sold in large enough quantities to have a highly stable price structure. Consider bulk discount margins you'd get on high volume products like Intel CPUs, for example. Maybe a few percent, but that price isn't moving a lot. Same with ethernet switches and XBoxes, which is the point of this whole answer.

— J...