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Chiplet:豪門之間的性能競賽新戰(zhàn)場

2022-03-23
來源:互聯網
關鍵詞: chiplet UCIe 小芯片

  可能很多人已經聽到過Chiplet這個詞,并且也通過各路大咖的報告和演講對Chiplet有了非常多的了解,甚至很多人將其視為延續(xù)“摩爾定律”的新希望。日前,Intel聯合AMD、Arm、高通、臺積電、三星、日月光、谷歌云、Meta、微軟等行業(yè)巨頭成立Chiplet標準聯盟,制定了通用Chiplet的高速互聯標準“Universal Chiplet Interconnect Express”(以下簡稱“UCIe”),旨在共同打造Chiplet互聯標準、推進開放生態(tài)。

  本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/202203/432179.htm

  其實不管你叫它“芯粒”還是“小芯片”,都基本涵蓋了Chiplet的核心意義,那就是在芯片封裝中容納下多個小而獨立的芯片單元,而且這種單元跟傳統(tǒng)的多核概念有很大的不同,這是典型的多功能異構架構。但是芯粒是否算是摩爾定律的新希望,筆者認為這要分幾個層面去看。

  如果你把摩爾定律當作物理學意義的闡述,那么Chiplet并不涉及物理學意義上的門電路間隔的縮減;如果你把摩爾定律當作一個電子學的主頻性能提升,那么Chiplet可能并不牽扯到能夠影響主頻的提升。以上兩個方面如果繼續(xù)保持摩爾定律的前進,根本上還是基于半導體制程的前進,也就是最標準的光刻尺寸的縮減,以及稍微能和Chiplet扯上關系的3D封裝。如果你愿意把摩爾定律當作一個經濟學的詮釋,那么Chiplet可能帶來的并不是簡單的晶體管價格的縮小,但能夠帶來處理性能也就是現在很熱門的單位能耗算力的提升。只不過,似乎很難去做一個時間軸去衡量這種提升到比例罷了。

  Chiplet本質上是一種對板級電路的單芯片壓縮,在單芯片內實現之前只有在板級才能實現的多個核心芯片集成,借助對空間的壓縮和對部分通用功能單元的共享,提升數據的傳輸效率和系統(tǒng)功耗,從而帶來整體性能的大幅跨越。最近Intel牽頭組建了Chiplet相關的技術聯盟,而最先嘗試該技術的確是Intel的老對手AMD。雖然如今很多IP企業(yè)和產業(yè)相關企業(yè)都非??春肅hiplet的未來,但不得不說,Chiplet在未來的數年內,還只能屬于幾個半導體巨頭之間的競爭游戲。

  首先,我們從工藝角度來看,有分析表明多芯片集成在越先進工藝下(如5nm)越具有顯著的優(yōu)勢,因為在800mm2面積的單片系統(tǒng)中,硅片缺陷導致的額外成本占總制造成本的50%以上。從工藝上看,能做到5nm以下的只有TSMC、三星和Intel三家的芯片工廠,縱然代工可以服務廣大客戶,但現在5nm以下的工藝僅僅局限在手機AP,CPU和FPGA,以及部分AI和服務器處理芯片,這些無疑都是昂貴巨頭的競爭禁臠。

  其次我們從經濟角度來考慮,經濟效益是半導體芯片成功的關鍵,Chiplet雖好但并不是可以隨意去選擇。如果不能降低單位算力的成本或者單位輸出性能的成本,那么Chiplet再好也沒有實際意義。有專門的封裝調研機構分析,如果在200平方毫米以下,沒有必要做chiplets。真正有收益的時候在800平方毫米以上的大芯片。這也是為什么今天超大的芯片用chiplets方案,因為經濟上確實是更合適的。什么樣的芯片尺寸是800平方毫米以上呢?我們知道的手機AP都在200以下,蘋果的A系列也不過200出頭,NVIDIA的3080 GPU尺寸在600左右。能夠超過800的芯片可能只有桌面級的CPU,蘋果的M1 Max,FPGA以及各類AI大芯片,這些都是妥妥的金錢游戲。更重要的是,小廠商就算想玩,昂貴的封裝和流片費用都可能讓你望而卻步。

  當然,Chiplet根本上還是一個芯片內的創(chuàng)新架構,隨著技術上的不斷演進和工藝的成熟以及IP成本的降低,未來飛入尋常百姓家也不是不可能的事情,但是很明顯從第一批的聯盟用戶,Intel、AMD、Arm、高通、臺積電、三星、日月光、谷歌云、Meta、微軟全都是不差錢的玩家,Chiplet是會成為新的架構革命,還是成為算力巨頭們的新技術壁壘,我們只能拭目以待。




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