UCIe為后摩爾時(shí)代帶來(lái)什么？

隨著摩爾定律的失效，芯片集成度的提高遇到了困難。英特爾（Intel）創(chuàng)始人之一戈登·摩爾（Gordon Moore）于上世紀(jì)60年代提出，芯片集成度每18-24個(gè)月就會(huì)翻一番，性能也會(huì)提升一倍，這被稱(chēng)為摩爾定律。我們可以將摩爾定律比作一輛不斷升級(jí)的汽車(chē)。每個(gè)18到24個(gè)月，這輛汽車(chē)就會(huì)升級(jí)換代，增加更多的功能和性能。比如，引擎會(huì)變得更強(qiáng)大，車(chē)身會(huì)更加輕便，空氣動(dòng)力學(xué)也會(huì)更加優(yōu)化，使得這輛汽車(chē)更加高效和安全。同時(shí)，這輛汽車(chē)的制造成本也在不斷降低，使得更多的人們能夠擁有它。

隨著晶體管尺寸的不斷縮小，到了14/7納米以下，芯片制造面臨著一系列問(wèn)題。第一是散熱的問(wèn)題，由于晶體管尺寸的縮小，芯片的尺寸也變得越來(lái)越小，這導(dǎo)致芯片內(nèi)部的熱量密度增加。同時(shí)，芯片內(nèi)部的電路也變得更加復(fù)雜，這使得散熱問(wèn)題更加困難。因此，需要更高效的散熱技術(shù)來(lái)避免芯片過(guò)熱導(dǎo)致性能下降甚至損壞，例如通過(guò)優(yōu)化晶體管布局和材料選擇來(lái)降低功耗和熱量產(chǎn)生。

另外，芯片制造還面臨著良率問(wèn)題。在芯片制造過(guò)程中，晶體管數(shù)量的增加和密集度的提高會(huì)增加芯片出現(xiàn)問(wèn)題的概率。即使只有一個(gè)晶體管出現(xiàn)問(wèn)題，整個(gè)芯片也可能無(wú)法正常工作。這會(huì)導(dǎo)致制造商的成本增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，制造65nm芯片的成本為2850萬(wàn)美元，而制造7nm的成本則需要近3億美元，而到了5nm，這個(gè)成本還需要再次翻倍。此外，芯片制造的良率也受到晶圓大小的影響，晶圓越大，晶體管密度增加，晶圓上的芯片數(shù)量越多，良率也越低。因此，需要進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試來(lái)確保芯片的質(zhì)量和可靠性。隨著芯片的集成度和復(fù)雜度的不斷提高，芯片制造的難度和成本不斷增加，因此芯片的良率和測(cè)試也變得越來(lái)越重要。

這些問(wèn)題使得制造商難以繼續(xù)遵循摩爾定律的速度提高芯片的集成度和性能，因此需要采用新技術(shù)和新方法來(lái)解決這些問(wèn)題。

不同工藝節(jié)點(diǎn)下的設(shè)計(jì)成本

(Source: IBS, as cited in IEEE Heterogeneous Integration Roadmap)

在后摩爾時(shí)代，Chiplet技術(shù)成為了重要的解決方案。Chiplet技術(shù)可以將不同或相同功能的芯片集成在一起，實(shí)現(xiàn)更高的計(jì)算和處理能力，同時(shí)也可以提高芯片的良率，并降低成本和風(fēng)險(xiǎn)。Chiplet技術(shù)的優(yōu)勢(shì)之一是可以將不同制造工藝的芯片集成在一起。舉例來(lái)說(shuō)，如果需要高性能的CPU和GPU，可以選擇使用5納米或3納米的工藝來(lái)制造，而對(duì)于一些IO和power等電路，可以使用成熟的工藝來(lái)制造，以降低成本和風(fēng)險(xiǎn)。這種做法的好處在于可以根據(jù)不同的需求選擇不同的工藝，從而提高芯片的性能和靈活性，同時(shí)也可以降低成本和風(fēng)險(xiǎn)。

然而，Chiplet的發(fā)展面臨著一個(gè)重要的瓶頸，即互連問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)不同芯片之間高速、可靠互連，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和共享，Chiplet技術(shù)中采用了PCIe、BOW等接口標(biāo)準(zhǔn)。然而，這些標(biāo)準(zhǔn)并不是專(zhuān)為Chiplet設(shè)計(jì)的，或未定義完整的協(xié)議及封裝等標(biāo)準(zhǔn)。這導(dǎo)致了芯片制造商之間的互操作性問(wèn)題，限制了Chiplet技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。為了解決這個(gè)問(wèn)題，通用Chiplet互聯(lián)技術(shù)UCIe（Universal Chiplet Interconnect Express）標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生。

UCIe是一個(gè)開(kāi)放的行業(yè)互連標(biāo)準(zhǔn)，旨在為芯片制造商提供一種通用的芯片互連標(biāo)準(zhǔn)，以降低芯片互連的成本和風(fēng)險(xiǎn)，并促進(jìn)Chiplet技術(shù)的生態(tài)系統(tǒng)拓張和推廣。UCIe標(biāo)準(zhǔn)可以實(shí)現(xiàn)小芯片之間的封裝級(jí)互連，具有高帶寬、低延遲、經(jīng)濟(jì)節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義了完整的協(xié)議和封裝，可以支持高速、可靠的芯片互連，并提供了靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和配置選項(xiàng)，以滿(mǎn)足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。UCIe標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放性和通用性使得它可以被廣泛應(yīng)用于各種不同的計(jì)算領(lǐng)域，包括云端、邊緣端、企業(yè)、5G、汽車(chē)、高性能計(jì)算和移動(dòng)設(shè)備等，以滿(mǎn)足對(duì)算力、內(nèi)存、存儲(chǔ)和互連不斷增長(zhǎng)的需求。通過(guò)采用UCIe標(biāo)準(zhǔn)，芯片制造商可以實(shí)現(xiàn)更高的計(jì)算和處理能力，同時(shí)也可以降低芯片制造的成本和風(fēng)險(xiǎn)。

UCIe標(biāo)準(zhǔn)是一種通用的芯片互連標(biāo)準(zhǔn)，其主要特點(diǎn)包括高帶寬和低延遲、靈活性和可擴(kuò)展性、可靠性以及生態(tài)系統(tǒng)完整性。高帶寬和低延遲可以提高芯片的性能和效率，使其能夠更好地滿(mǎn)足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。靈活性和可擴(kuò)展性可以支持不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和配置選項(xiàng)，以滿(mǎn)足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求?？煽啃钥梢源_保芯片互連的可靠性和穩(wěn)定性，從而提高芯片的可靠性和穩(wěn)定性。生態(tài)系統(tǒng)完整性可以促進(jìn)芯片制造商之間的合作和互操作性，推動(dòng)其推廣和普及。

UCIe標(biāo)準(zhǔn)是芯片設(shè)計(jì)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大亮點(diǎn)，它將為Chiplet的發(fā)展和應(yīng)用帶來(lái)更多的創(chuàng)新和機(jī)遇。未來(lái)，我們可以期待UCIe標(biāo)準(zhǔn)在數(shù)據(jù)中心、人工智能、云計(jì)算等領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用，為我們的生活帶來(lái)更多的便利和創(chuàng)新。

芯耀輝作為中國(guó)接口IP領(lǐng)軍企業(yè)，于Chiplet早期就開(kāi)始研究和開(kāi)發(fā)相關(guān)技術(shù)，后又作為首批IP供應(yīng)商于2022年4月加入U(xiǎn)CIe組織，并率先推出了完整的Chiplet D2D解決方案，包括物理層、控制器和封裝，能夠更好地滿(mǎn)足不同行業(yè)和應(yīng)用的需求。同時(shí)，芯耀輝積極參與了中國(guó)首個(gè)原生Chiplet標(biāo)準(zhǔn)的制定，該標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)集成電路領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)和專(zhuān)家共同主導(dǎo)，由工信部中國(guó)電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會(huì)于2022年12月審核發(fā)布。芯耀輝作為重點(diǎn)貢獻(xiàn)企業(yè)，積極參與該標(biāo)準(zhǔn)的制定，為推動(dòng)Chiplet的發(fā)展和應(yīng)用作出了突出貢獻(xiàn)。

此中國(guó)首個(gè)原生Chiplet標(biāo)準(zhǔn)，既定義了并口，也定義了串口，其協(xié)議層的自定義數(shù)據(jù)包格式與UCIe保持兼容，且在封裝上的標(biāo)準(zhǔn)主要采用國(guó)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)的技術(shù)，可直接使用國(guó)內(nèi)已有生態(tài)開(kāi)發(fā)及落地Chiplet技術(shù)。所以，芯耀輝的參與和貢獻(xiàn)加速了UCIe標(biāo)準(zhǔn)的推廣和應(yīng)用，還為后摩爾時(shí)代的芯片設(shè)計(jì)提供了一個(gè)完整的、可落地的Chiplet解決方案。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，Chiplet將會(huì)在數(shù)據(jù)中心、人工智能、云計(jì)算等領(lǐng)域扮演越來(lái)越重要的角色。我們相信，有了UCIe標(biāo)準(zhǔn)的支持和芯耀輝等企業(yè)的積極參與，Chiplet將會(huì)迎來(lái)更加廣闊的發(fā)展前景。Chiplet技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新將為推動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)和智能化社會(huì)的發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。

審核編輯：湯梓紅