Chiplet互连，新进展！

（原标题：Chiplet互连，新进展！）

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跟着越来越多的 SoC 在前沿技能上瓦解，行业学习范围不停扩大，为更多第三方芯片掀开了大门。

将 SoC 瓦解成各个构成部分，然后以某种异构方式将这些部分和其他部分组合在一说念的技能已初具畛域，这收获于互连、复杂分区方面的逾越，以及业界对什么可行、什么不可行方面的了解。

天然即插即用的愿景莫得改变，但结束这一愿景比起初思象的要复杂得多。它因应用措施和责任负载的不同而有很大相反，进而影响时间、延长和老本。它还可能因封装类型、是否包含 AI、调度和优先级所需的软件数目以及所使用的互连类型而异。

Arm系统架构师兼有计划员 Rob Dimond 示意，互连是粘合剂。它们包括位于芯片上的片上收罗 (NoC)、位于芯片内的通盘其他互连，以及跨芯片传输数据的UCIe芯片到芯片纠合。互连还可与其他高速接口配合使用，将数据从一个畛域传输到另一个畛域。

“chiplet 互连的根底挑战在于了解怎么瓦解，” Cadence高等产物营销部总监 Arif Khan 示意。“你要诀别有计划和数据流问题。你的架构是什么？你是怎么诀别的？你有 chiplet 内的数据流，然后数据流经这些 chiplet。这十足取决于你的数据流向哪里以及迤逦文是什么。举例，你要科罚的问题是什么？如果你正在稽查 GPU 类型的应用措施，你致使无法将那么大的说话模子放入单个 GPU。你正在稽查的是一个领稀有百万个 AI 工场。然后你正在稽查不同的一致性模子。你会发现，即使是法式左券也无法科罚这个问题。”

如今，这些互连通常王人是导线（尽管明天可能会有封装之间致使封装里面的光互连，或者两者兼容并包）。但并非通盘导线的行径方式王人换取。它们可能直径不同，以不同的密度封装在一说念，绝缘性也不同，致使材料也不同。

Blue Cheetah首席履行官兼长入首创东说念主 Elad Alon 示意：“你能得回的认识数目以及这些认识的特点颠倒不同。这即是你必须以不同方式作念事的驱能源。另一个身分——基本上不是由物理驱动，而更多的是出于实用工程驱动——是东说念主们往往但愿拒绝跨芯片畛域的时序接口。当芯片汲取 2.5D 或 3D 封装时，有一定的操作空间，但将这些时序接口互相拒绝是典型的瞎想决策。这主要源于它在不同的芯片中物理分区的思法。‘我不思作念这种屡次跨芯倏得序拘谨锻真金不怕火。’并不是说你不可。只是出于实验原因东说念主们不思这么作念。这是芯片互连与芯片上互连的另一个不同之处。片上互连将位于单个时钟域内，并可由更“法式”的布局布线经过驱动。但事实上，认识越少，意味着需要更快地启动它们。拒绝时序接口是模拟东说念主员结束这一标的的场所。显著，它尽可能小面积、低功耗。”

由于芯片互连需要通过芯片间纠合传输数据，因此这些物理接口通常速率颠倒快但相对较窄。但是，与 SoC 互连不同，芯片互连通常像通讯左券一样进行封装，而不照片上总线。

Arteris产物经管总监 Ashley Stevens 评释说：“芯片互连通常允许数据通过颠倒宽的接口以分组款式通过芯片间链路发送，这些数据不错序列化并通过链路发送。芯片间互连需要辅助多样边带信号，在 SoC 中，这些信号通常由点对点信号处理，举例中断和电源经管。这些信号也需要通过与平日内存和外围引诱事务换取的链路以分组款式从芯片间传输，因此不应被淡忘。”

这些互连也需要与应用相匹配。Alphawave Semi产物营销和经管副总裁 Letizia Giuliano 示意：“Chiplet 需要高效的 D2D（芯片到芯片）互连，该互连在枢纽参数上发扬优异。

咱们需要为 Chiplet 应用定制 D2D 互连，以优化封装中给定系统上该接口的总体 TCO（总领有老本）。面积后果以带宽海岸线密度来估量，该密度可结束每毫米海岸线最高 Tb/s 的数据传输。功率即是能源后果，pj/b 需要尽可能低。当咱们在 Chiplet 中使用 D2D 互连时，咱们会创建 I/O 电路的重迭。物理层和数字逻辑王人会被添加，它们需要减少对合座功率预算的影响并适应合座 TCO。”

延长是一项枢纽的性能办法，需要尽量裁汰辐射器 (TX) 和剿袭器 (RX) 之间的传输时间。“D2D 互连的瞎想必须在电路复杂性和 PPA 之间取得深邃的均衡，这是同类产物中最好的，”Giuliano 说说念。“这确保咱们不会让电途经大而失去对应用空间的关注。举例，具有单端架构的肤浅接口和邃密的电压改造均衡有助于晋升电源后果。同期，模拟 TX 和 RX 中的紧凑电路需要仔细有计划失配和噪声。”

要最大驱散地施展异构集成的上风，需要深远了解最终应用和责任负载，以及怎么为该特定领域瞎想最好科罚决议。“咱们不可脱离应用领域，也不可将总体 TCO 降至最低，因此 D2D 架构需要针对不同类型的封装和凸块间距进行瞎想。在瞎想系统时，咱们需要沟通通盘电路舛错，以结束切实可行的实施，”Giuliano 指出。“咱们正在从片上转向封装。在封装中的芯片系统均瓦解 SoC 芯片的天然方式是在封装上传输片上 SoC 收罗，因此咱们正在为标称的片上传输层添加物理层传输。”

在芯片中传输数据

有很多竞争左券可用于出动数据。AMBA CHI、UCIe 和 BoW 最为东说念主所知。哪一个或哪个组合最终胜出还有待不雅察。但它们本色上履行换取的功能，即在芯片之间快速出动数据。

Arm 的 Dimond 示意：“AMBA CHI 是经过封装的、庸碌使用的和公开授权的，何况是 AMBA CHI C2C 的基础，使其大概使用合适的芯片物理层和链路层在芯片之间进行纠合。为了将主板上的组件团员到一个封装中，最好在针对芯片优化的新物理层上使用已建筑的互连法式。为了将 SoC 瓦解为多个芯片，使用已建筑的 SoC 互连雷同故真谛。”

Arm 以为，chiplet 互连将从现存的板载互连或现存的 SoC 互连演化而来。但关于 chiplet 架构，需要沟通更多不同的档次。

Dimond 评释说念：“关于物理层，芯片之间的芯片间互连可能会辅助更少的物理纠合，这些物理纠合可在更长的距离内启动。可能需要 SerDes。关于 AMBA CHI C2C，左券被打包以辅助在物理层上启动。左券层将需要一个架构表率来提供所需的历久踏实性，以辅助跟着时间的推移而重迭使用，何况跟着生态系统的出现，可能辅助价值链中不同参与者之间的重迭使用。”

在很猛进程上，芯片到芯片的通讯是一个分区问题，而且它在汽车瞎想中尤其具有挑战性。

西门子数字工业软件夹杂和编造系统副总裁 David Fritz 示意：“举个例子，我不错从 X 公司得回一个 chiplet，它上头有一个完好的 CPU 复合体，但莫得 GPU。我正在尝试为 IVI 作念点什么，因此我需要一个 GPU 来进行渲染。有些公司会说，‘如果我把咱们的 GPU 放在一个零丁的 chiplet 里，然后把这个 chiplet 称为 droplet，何如样？’它只是一个不可零丁的子系统模块。东说念主们会创建这些 droplet，然后他们会说，‘你拿着咱们的 droplet 去其他公司，他们会在它周围放上他们需要的东西。’是以面前发生的情况是，咱们又回到了销售硬宏的阶段。‘我这里有 GPU，但我的内存在另一个 chiplet 上？’哦，等一下，这行欠亨，因为我莫得 GPU 所需的带宽，无法辅助高分辨率和多走漏器。’是以，如果你没灵验具来探索这个领域的复杂性，并得出更深档次、更硬性的、不直不雅或不彰着的条目，那么你最终会作念出无理的决定，而你最终也不会得到有竞争力的产物。”

异构系统中的分区不单是触及硬件。软件也需要跨芯片兼容。

“如果你沟通推理，推理通常使用较小的数据集并据此作念出决策，” Eliyan策略营销副总裁 Kevin Donnelly 说。“处理元素可能王人包含在一个芯片内，你需要作念的是与外界和内存进行互连。这决定了你领有什么样的互连，以及这些互连需要什么样的带宽。这将激动雷同推理的芯片组的分区。如果是教练，何况你要处理像 NVIDIA 那样的海量数据集，那么他们存眷的是汲取大量颠倒大的瓦解芯片并使它们看起来无缝相接，就像它们实验上只是越来越大的单片芯片一样。在这些芯片中，他们需要尽可能精采地互连 GPU 中枢，并在芯片之间得回尽可能多的带宽。片外互连问题恰是他们作念出分区决策的原因，这亦然他们将其旋转 90 度的原因，而之前其他东说念主的作念法是试图让两个巨大的单片芯片看起来像一个更大、更坚韧的单片芯片。然后外部的纠合进入 I/O 宇宙和其他内存。这即是片上互连在分区中施展作用的方式。在软件层面，他们大概让它看起来像一个巨大的处理器，而不是两个分散的处理器，这让他们大概证实他们发布的和之前可用的性能得回出色的性能基准。”

这也不错称为横截面带宽和能耗。Eliyan 首席策略和业务官 Patrick Soheili 指出：“当你将单片芯片上的组件互相分开，并将它们分红两个需要从头纠合或同质化的异构组件时，你需要闪耀这两点。”“你正在寻找不错参加更多电力的区域，因为面前你不错在芯片外部纠合它们。在芯片里面进行纠合老是更有后果，但如果莫得空间，你就别无采用。因此，一个决定由此作念出。另一个决定是一个芯片需要以多快的速率与另一个芯片通讯，即横截面带宽需若是几许，以及我是否不错将它们互相分开而不是放在单片芯片中。这两个是软件分区，确保通盘系统将 SIP 视为一个合座（这永久是其中的枢纽部分），与芯片策略无关，只是确保通盘东西动作一个子系统协同责任。”

chiplet 为互连结束带来了什么

chiplet 系统的出现带来了创建可用于分娩的结束的新挑战。“这需要一种新的方式来测试 D2D 接口以适应更高的数据速率，并允许测试和筛选出好的芯片，”Alphawave 的 Giuliano 说。“咱们如安在晶圆或封装上测试 D2D 互连物理层？咱们是否知说念 HBM 学习是否适用于此，或者咱们是否需要作念不同的事情？咱们面前磋议的是更高数据速率的链路，即 32Gbps，以及每引脚 64Gbps，它们纠合着越来越多的 chiplet。通常，这是通过晶圆级不可能结束的高等凸块间距来结束的。在咱们的 PHY 里面瞎想测试级结构至关蹙迫，这么不错深远了解硅片的健康情景以及枢纽时序参数随时间变化的可不雅察性。”

Alphawave 实施了先进的测试和调试方法，使其工程团队大概使用里面环回和寄存器拜访来测试链路。该公司还与 OSAT 合作实施结构测试，以确保对 D2D 结构的全面测试袒护。

另一个新问题源于集成来自不同供应商和结束的 D2D 互连和芯片组，这些芯片组需要互操作。“今天，咱们部署的大多数系统王人唯唯一个供应商结束，但咱们正在与生态系统合作伙伴和客户合作，为多供应商互操作性铺平说念路。咱们一经创建了测试平台并发布了芯片组，不错与其他方一说念使用，以完成电气互操作性测试和左券测试，”Giuliano 指出。

Arteris 的 Stevens 示意，系统发现是芯片中需要法式化的另一个领域。“要创建一个芯片生态系统，他们需要大概‘发现’现存的东西，并调解变成一个系统，如果条目辅助真实的芯片夹杂搭配。如今，芯片是动作一个单一系统瞎想和考证的，但枯竭怎么将它们一说念使用的纯真性。考证 IP 亦然芯片的枢纽。为了结束互操作性，必须有业界信托的真实‘黄金’考证 IP。这使得芯片瞎想大概向 VIP 考证，而不需要向其他芯片考证。”

还必须从互连的角度来看待合座内存映射。“内存映射是指对特定地址的拜访怎么映射到系统中的内存规矩器，”史蒂文斯说。“在芯片系统中，内存拜访不错跨芯片进行。这种映射可能会影响性能。细粒度映射会将拜访均匀散播在芯片之间，但由于而已芯片的延长较长，可能会导致性能问题。粗粒度映射可能更好，但拜访可能不会均匀散播，因此需要作念出一个辣手的衡量。系统架构师应该对此进行建模，但另一种方法是使此启动时间可确立，以便在硅片启动后进行测验。”

关于芯片架构，另一个蹙迫的沟通身分是，莫得一种 D2D 互连大概得当通盘的芯片分区和架构。“了解标的 KPI 以采用正确的 D2D 链路和芯片分区确立至关蹙迫，”Giuliano 指出。“咱们诈欺咱们的芯片定制硅片专科常识和 D2D 互连指挥地位，教唆咱们的客户正确诀别系统，并在结束最好 TCO 和上市时间之间找到最好折衷决议。一个蹙迫的例子是封装技能，以及该确立所需的 D2D 确立。采用需要触及芯片互连的通盘层。然后，电气 PHY 层和封装类型被出动到特定于域架构的芯片互连左券和分区。”

图 1：Alphawave 的多法式 I/O 小芯片。开首：Alphawave Semi

跟着对芯片互连的了解不停加深，最大的问题是多久才气出现买卖芯片商场。天然英特尔、AMD、NVIDIA 和苹果等公司一经在使用芯片，但这些芯片是专门为他们我方的引诱瞎想的。领有基本上即插即用的商用芯片仍然遥不可及。

Synopsys技能产物经管高等总监 Tim Kogel 示意：“咱们将看到的下一个阶段是，现时的参与者围绕其 IP 怒放生态系统，允许使用配套的 chiplet。这将需要一整套架构方法和联结用具。尤其是在汽车行业，这是一个颠倒蹙迫的趋势。欧洲有 imec 汽车 chiplet 筹谋 (ACP)。日本有汽车高等 SoC 有计划 (ASRA) 定约。有架构联结和物理方面的责任组。咱们如安在信号级别使其责任？咱们如安在宏不雅架构方面使其责任以将事物组合在一说念？尤其是在汽车行业，有这种巨大的推能源，因为他们明晰地看到了使用 chiplet 观念来结束这种可膨大架构的公正。他们但愿通过肤浅地说‘好的，这是一个 chiplet，这是两个，这是四个 chiplet’，从低端汽车转向中端汽车再到高端汽车。他们看到了巨大的经济畛域，他们将通过 chiplet 旅途来结束这极少。”

但是，在此之前，仍有很多责任要作念。动作一个行业，咱们仍在学习芯片和法式，它们王人在不同的领域施展作用，”是德科技信号完整性应用科学家兼高速数字应用产物司理 Chun-Ting “Tim” Wang Lee 示意。 “行业濒临的最大挑战是专注于确保它们大概协同责任，因为总有一天它们必须互连并协同责任。”

https://semiengineering.com/chiplets-make-progress-using-interconnects-as-glue/

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