中国芯片技术的数据粘合剂是否能延续摩尔定律

在全球芯片市场上,“拼接”芯片的概念似乎已经成为新的趋势。苹果在其3月的春季新品发布会上展示了将两块M1 Max芯片“黏合”而成的M1 Ultra,这一结合体据称性能超越了英特尔CPU i9 12900K和GPU性能天花板英伟达RTX3090。英伟达也在同期GTC会议上宣布了一款通过连接两个CPU模块来实现的大型计算单元,预计其性能将是即将推出的第5代CPU的2到3倍。

AMD之前已通过其EPYC系列CPU采用类似的技术,使得芯片设计成本减少一半。自家芯片间的“黏合”似乎已经不再是一个问题,那么是否可以从全球市场中选择最优性能的各个部分组合起来,创造出更强大的芯片?随着UCIe(Universal Chiplet Interconnect Express)标准出现,它允许不同制造商之间互联,即使这些制造商使用不同的工艺节点。

UCIe标准背后的潜力很大,但它是否足以成为摩尔定律续命丹,还有待观察。在过去数年里,AMD、Intel、台积电以及Marvell等公司都推出了Chiplet(小芯片)设计,如Intel的Foveros技术,以及台积电正在开发的一种被称为集成芯片系统(SoIC)的技术。在这些方案中,裸晶与裸晶之间高效连接至关重要,每个裸晶都包含一个带有物理接口的IP模块,这些公共接口能够让两个裸晶形成互连。

尽管Chiplet初衷就是跨越内部或多个供应商内获得优质且可互操作的小型化模块,但能否进一步发展取决于行业内是否能统一一个用于各种模块连接的小型化胶水——即一种能够实现各种类型小规模集成单元间通信和数据传输的小型化胶水。这正是UCIe标准提供给我们的机会,它可能为Chiplet时代带来爆炸性的增长,就像PCIe如何促进了PC时代硬件生态系统一样。

然而,在UCIe确立之前,有许多其他专有的接口类型曾被探索过,这些努力看似白费了吗?王宏波认为,不同于PC领域,由于每个行业开放标准落地都会引发整个行业爆发,因此UCIe对Chiplet发展具有重大意义,是这一时代到来的标志。他解释说:“这是正常的一个发展过程,一些先进封装方式会先在某些方面取得突破,然后汇聚成行业标准。”

刘宏钧副总经理则认为:“UCIe并不推翻业界之前工作,而是将小规模集成单元间通信技术进行规范。”他还指出虽然需要重新定义一些旧协议,但也有新的规格和封装集成方法需要制定,以确保更好的互操作性。要理解UCIe对Chiplet时代产生积极作用,可以把它比作PCIe扩展到了微缩互联结构之上。

尽管如此,要实现这一目标仍然面临着挑战。一方面,在产品定义和制造环节,将材料堆叠起来并保持良率,对工艺能力要求很高,并且成本也很高。此外,大规模生产所需改进晶圆制造材料、设备时间及成本对于除了苹果、英特尔等头部企业外来说几乎不可承受。这意味着这项革命性改变至少还有一段漫长路要走。但如果成功,它们可能彻底改变我们对处理器架构和它们如何工作的一切认识,为未来的无限可能性打开大门。

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