Что такое чиплет?

Каталог

Ⅰ Что такое чиплет

Ⅱ Продолжайте действовать по закону Мура! Наступила эра чиплетов

Ⅲ Три основные ценности чиплетов: быстрая разработка, низкая стоимость и множество функций.

Ⅳ Чиплет стандартизируется

Ⅴ Вывод: недорогой путь к следующему узлу

Ⅰ Что такое чиплет

10 нм, 7 нм, 5 нм... По мере того как технологические узлы чипов становятся все более совершенными, затраты на исследования и разработки и производство продолжают расти, а объемы производства снижаются, а физические узкие места замедляют темпы действия закона Мура.

Чиплеты , подобные кубикам Lego, становятся одним из распространенных вариантов выбора AMD, Intel, TSMC, Marvell, Cadence и других гигантов микросхем, чтобы продолжить действие закона Мура.

Раньше чипы интегрировались и упаковывались в один чип с помощью нескольких IP-ядер . Однако метод чиплетов позволяет объединить чиплеты, разработанные и упакованные разными компаниями, для создания более эффективной и экономичной системы микросхем.

монолитный чип и чиплеты

Этот новый метод проектирования не только значительно упрощает проектирование микросхем, но и эффективно снижает затраты на проектирование и производство.

Omdia, известная организация по исследованию рынка, прогнозирует, что мировой рынок чиплетов вырастет до 5,8 млрд долларов США в 2024 году, что в 9 раз больше, чем 645 млн долларов США в 2018 году. увеличится до 57 миллиардов долларов США в 2035 году.

Доходы мирового рынка чиплетов в 2018–2024 гг. (Источник: Omdia)

Ⅱ Продолжайте действовать по закону Мура! Наступила эра чиплетов

Пятьдесят пять лет назад закон Мура, который называли «библией» индустрии микросхем, предсказал, что, если цена останется прежней, количество транзисторов, которые можно разместить на интегральной схеме , будет удваиваться каждые 18–24 месяца. , и производительность также увеличится вдвое.

Появление закона Мура установило решающий ориентир для темпов технологического развития, послужило катализатором процветания рынка технологий и принесло неизмеримую экономическую ценность всей ИТ-индустрии.

Использование усовершенствованных узлов дает множество преимуществ, включая большую плотность транзисторов , меньше места, более высокую производительность и более низкое энергопотребление, но проблемы становится все труднее преодолеть.

Из-за чрезвычайно малых размеров физические узкие места чипов становятся все труднее преодолеть. Особенно в последние годы, когда передовые узлы переходят на 10, 7 и 5 нм, проблема больше не является просто физическим препятствием. Чем больше узлов развивается, тем выше стоимость миниатюризации, и становится все меньше и меньше проектных компаний, которые могут нести экономическое бремя.

Быстрый рост стоимости чипов по мере развития технологических узлов

Согласно публичным отчетам, стоимость проектирования узла 28 нм составляет около 50 миллионов долларов США, а для узла 5 нм общая стоимость проектирования выросла до более чем 500 миллионов долларов США, что эквивалентно более чем 3,5 миллиардам юаней.

Соблюдение закона Мура означает максимизацию прибыли. Если затраты на исследования, разработки и производство не удастся сократить, это станет ужасным финансовым бременем для гигантов микросхем и стартапов.

К счастью, всякий раз, когда закон Мура подходит к концу, ученые и инженеры всегда будут вдохновлять инновационные идеи, предлагать прорывные технологии, чтобы переломить ситуацию, и неоднократно отодвигать кажущийся конец закона Мура.

Модульная конструкция на основе чиплетов — одна из наиболее важных идей для решения проблемы стоимости.

Ⅲ Три основные ценности чиплетов: быстрая разработка, низкая стоимость и множество функций.

Текущая модель проектирования микросхем часто покупает программную IP или аппаратную IP у разных поставщиков IP, а затем интегрирует самостоятельно разработанные модули в систему на кристалле (SoC), а затем производит чипы на определенном узле производственного процесса.

Благодаря передовой технологии упаковки чиплеты могут интегрировать множество различных архитектур, различные технологические узлы и даже выделенные кремниевые блоки или IP-блоки от разных литейных заводов. Вы можете пропустить ленту и быстро настроить ту, которая сможет выполнять несколько функций.

Система малых чипов, состоящая из нескольких маленьких чипов на промежуточном слое (источник: Cadence)

Преимущества монолитного чипа перед одиночным очевидны.

Во-первых, разработка чиплетов идет быстрее.

В вычислительных системах, таких как серверы, мощность и производительность зависят от ядер и кэшей ЦП. Объединив интерфейсы памяти и ввода-вывода на одной микросхеме ввода-вывода, можно уменьшить задержку между памятью и вводом-выводом, тем самым помогая повысить производительность.

Во-вторых, стоимость разработки чиплетов ниже.

Поскольку чиплет состоит из различных модулей микросхем, разработчики могут выбрать самую передовую технологию в конкретной части конструкции и выбрать более совершенную и недорогую технологию в других частях, тем самым экономя общую стоимость.

Например, серверный процессор AMD EPYC второго поколения Ryzen использует конструкцию чиплета, сочетающую в себе более совершенный модуль ЦП, изготовленный по 7-нм техпроцессу TSMC, и более зрелый модуль ввода-вывода GlobalFoundries 12/14 нм. 7-нм техпроцесс может удовлетворить спрос на высокую вычислительную мощность, а 12/14-нм может снизить производственные затраты.

Преимущество этого заключается в том, что площадь кристалла 7-нм техпроцесса значительно уменьшается, а использование модулей ввода-вывода более зрелого процесса поможет повысить общий выход продукции и еще больше снизить затраты на литейное производство. В целом, чем больше ядер ЦП, тем очевиднее экономическое преимущество комбинации чиплетов.

Наконец, чиплеты могут гибко удовлетворять различные функциональные требования.

С одной стороны, чиплетное решение обладает хорошей масштабируемостью. Например, после создания базового кристалла для ноутбуков можно использовать только один кристалл, два для настольных компьютеров и четыре для серверов.

С другой стороны, чиплеты могут действовать как гетерогенные процессоры, объединяя различные элементы обработки, такие как графические процессоры, механизмы безопасности, ускорители искусственного интеллекта и контроллеры Интернета вещей в любом количестве, чтобы обеспечить более широкие возможности ускорения для различных потребностей приложений.

процессор для многочиповых архитектур

По мере того как преимущества чиплетов постепенно раскрываются, они используются более совершенными и высокоинтегрированными полупроводниковыми устройствами , такими как микропроцессоры, SoC, графические процессоры и программируемые логические устройства (PLD).

Согласно статистике исследовательского института Omida, микропроцессоры являются крупнейшим сегментом рынка чиплетов, и ожидается, что рыночная доля микропроцессоров, поддерживающих чиплеты, вырастет с 452 миллионов долларов США в 2018 году до 2,4 миллиардов долларов США в 2024 году.

В то же время сфера вычислений станет основным рынком приложений для чиплетов, на который, как ожидается, в этом году будет приходиться 96% общего дохода от чиплетов.

Ⅳ Чиплет стандартизируется

Чип-гиганты особенно внимательно относятся к изменениям, и никто не хочет упасть с алтаря. Охраняя самые передовые технологии проектирования и производства, они должны заранее исследовать для себя новые возможные пути.

По этой причине такие лидеры в области производства чипсетов, как Intel и AMD, не только стали первыми, кто внедрил и стал сторонником чиплетов, но и внесли основной вклад в продвижение стандартизации чиплетов.

Еще в 2014 году Huawei HiSilicon и TSMC совместно продемонстрировали сетевой чип, использующий технологию TSMC CoWoS, сочетающий 16-нм 32-ядерный процессор Arm Cortex-A57 с 28-нм логикой и чипами ввода-вывода, а скорость на 40% выше, чем 28-нм HPM. при том же энергопотреблении.

В 2016 году Marvell и Kandou Bus объявили о соглашении. Marvell использует Kandou Glasswing IP в качестве межчипового интерфейса для соединения нескольких чипов.

Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DAPRA) в августе 2017 года запустило проект «Общая гетерогенная интеграция и стратегия мультиплексирования IP (CHIPS)». Это «Программа электронного возрождения (ERI)» с общим объемом инвестиций 1,5 миллиарда долларов США. от ДАПРА. Частично он предназначен для продвижения совместимой, модульной и многократно используемой экосистемы чиплетов.

Эти чиплеты могут быстро смешивать и объединять различные типы чипов сторонних производителей в систему, подобную груде дров, реализуя богатые функции, такие как хранение данных, обработка сигналов и обработка данных. Это также может уменьшить общий размер печатной платы до размера обычного чипа, тем самым повышая энергоэффективность.

В идеале, с помощью чиплетного подхода компаниям-разработчикам микросхем нужно сосредоточиться только на той интеллектуальной собственности, в которой они хорошо разбираются, не беспокоясь о других IP-адресах, что не только помогает улучшить основные инновационные возможности, но и амортизирует затраты на НИОКР за счет нескольких IP-проектов. .

DAPRA протянула оливковую ветвь таким компаниям, производящим микросхемы, как Intel, Mecco, Cadence и Sinos Technology, а также некоторым крупным компаниям военной промышленности и университетским научно-исследовательским группам, и пригласила их стать основными подрядчиками проекта.

Являясь одним из основных участников проекта CHIPS, компания Intel представила Advanced Interface Bus (AIB) в качестве бесплатного стандарта сквозного интерфейса для архитектуры чиплетов.

Например, FPGA Intel Stratix 10 и Agilex используют один и тот же интерфейс AIB для интеграции множества различных чиплетов. При поддержке проекта CHIPS множество различных компаний и университетов используют AIB для создания чиплетных систем.

Intel также является членом Фонда открытой доменной архитектуры Open Computing Project (OCP ODSA), который способствует разработке стандартов и технологий, помогающих реализовать передовые стратегии упаковки.

Intel использует свои серверные процессоры, FPGA, чипы для ПК и т. д. в качестве коммерческих испытательных площадок для технологии чиплетов, а AMD также использует чиплеты в серверных и клиентских процессорах.

В 2017 году компания AMD использовала чиплеты для разработки серверного процессора Epyc Naples в его архитектуре Zen 2, а затем поддержала 8 чиплетов в процессоре EPYC корпоративного уровня Rome, который был выпущен в следующем году, с максимальным количеством ядер 64.

Серия процессоров AMD Zen 2, выпущенная в 2019 году, впервые по одноядерной производительности превосходит Intel.

Ⅴ Вывод: недорогой путь к следующему узлу

Чиплеты сейчас не идеальны. На пути изучения чиплетов основными проблемами, которые необходимо преодолеть при проектировании системной архитектуры, являются перегруженность трафика, рассеивание тепла, управление питанием, тестирование и другие проблемы.

Хотя существуют такие проекты, как DAPRA CHIPS, OCP ODSA и т. д., которые усердно работают над продвижением стандартизации интерфейсов чиплетов, пока неизвестно, когда бизнес-модель независимых поставок чиплетов сторонними организациями станет популярной в индустрии микросхем.

Сохранить закон Мура может быть трудно каким-либо способом, но нельзя отрицать, что новый метод чиплетов меняет стратегию проектирования и интеграции микросхем и предоставляет компаниям-производителям микросхем более гибкие системные решения, позволяющие комбинировать и комбинировать их. Это недорогой путь перехода к следующему узлу.

Несомненно, приятно находиться в начале такой новой революции.

Frequently Asked Questions

1.Использует ли Intel чиплет?

Intel использует чиплеты Используя эту технологию, «теперь мы можем увеличить количество ядер, кэшей, памяти и операций ввода-вывода», — сказал Бисвас. Если это звучит знакомо, то это потому, что четыре года назад AMD сделала то же самое со своими семействами процессоров EPYC, ThreadRipper и более поздними Ryzen.

2.Кто производит чиплеты?

Intel будет производить чипы Qualcomm и упаковывать чиплеты AWS. Спустя несколько месяцев после запуска собственного литейного бизнеса Intel объявила о своих первых крупных клиентах: Qualcomm и Amazon Web Services. Компания, отставшая по доле рынка и техническим достижениям, заявила, что надеется вернуть себе лидерство к 2025 году.

3. Что такое чиплеты в полупроводниках?

Чиплет — это блок интегральной схемы, специально разработанный для работы с другими аналогичными чиплетами для формирования более крупных и сложных микросхем. В таких чипах система подразделяется на функциональные блоки, называемые «чиплетами», которые часто состоят из повторно используемых IP-блоков.