曦智科技提出片上光網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 提升單芯片性能

這個秋天，隨著蘋果公司搭載A17 pro芯片的最新款iPhone開始發(fā)售，電子芯片正式進入3nm時代，制程工藝迭代的空間越來越小，想要在單個芯片上增加晶體管的密度越來越難。

既然很難在單個芯片上集成更多的晶體管，業(yè)界開辟出新的思路，利用先進封裝工藝，將多個芯粒封裝在同一塊基板上，進而擴大芯片的總面積以提升晶體管數(shù)量，這就是芯粒系統(tǒng)。封裝內(nèi)芯粒間和芯粒內(nèi)形成的互連網(wǎng)絡(luò)，也因此被稱為片上網(wǎng)絡(luò)。

然而，芯片面積增大，意味著數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x變長。而在純數(shù)字電路中，每個計算單元（芯粒）更適合與相鄰的單元進行數(shù)據(jù)搬運，如果要和較遠距離的單元進行通信，往往需要將數(shù)據(jù)通過相鄰單元逐個搬運，芯片性能的提升帶來的是延遲和功耗的加大，其邊際成本越來越高。

為了尋找更理想的片上互連解決方案，曦智科技基于大規(guī)模光電集成，提出了片上光網(wǎng)絡(luò)（Optical Network on Chip, oNOC）技術(shù)，引入光子芯片作為數(shù)據(jù)傳輸樞紐，助力芯粒系統(tǒng)提升整體硬件使用效率 。

從物理特性上來看，光在傳輸時對于距離不敏感，在單個封裝系統(tǒng)中，傳輸幾厘米和幾毫米，其功耗和延遲在本質(zhì)上沒有區(qū)別，因此我們可以用光建造長距離的“高速通信網(wǎng)絡(luò) ”，支持多達數(shù)十個以上的電芯?；ミB。在需要通過擴大芯片面積來換取算力提升的情境下，傳輸?shù)木嚯x越長，光的優(yōu)勢將越明顯。

另一方面，片上光網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)更靈活、更復雜的拓撲結(jié)構(gòu)，并且適合于任意物理位置的兩個計算單元（芯粒）之間的傳輸，讓計算機架構(gòu)設(shè)計更加靈活，優(yōu)化系統(tǒng)工作，提高整體利用率。

如果將芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸視為在兩地間通行，片上光互連就好像給只有馬路的城市加上了地鐵和高架橋，讓通行更高效省力。

基于oNOC技術(shù)，曦智科技推出首個用于特定領(lǐng)域人工智能（AI）工作負載的片上光網(wǎng)絡(luò)（oNOC）處理器——Hummingbird（點擊查看更多），采用先進的封裝技術(shù)，將一塊光芯片和一塊電芯片進行垂直堆疊，集成為一個系統(tǒng)級封裝（System in Package, SiP），在系統(tǒng)中，光芯片作為片上網(wǎng)絡(luò)，負責電芯片上各個核間的信息傳輸。

通過光芯片上的U型光波導，電芯片的64個核之間可實現(xiàn)all-to-all全通道廣播，從而顯著降低系統(tǒng)延遲，提升單芯片性能。

片上光網(wǎng)絡(luò)可從單個芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)互連擴展至晶圓級互連網(wǎng)絡(luò)，以支持大規(guī)模芯粒架構(gòu)。借助oNOC，將工作負載映射到不同硬件變得更加容易，為計算系統(tǒng)設(shè)計選擇合適的拓撲結(jié)構(gòu)也變得更加靈活。

曦智科技通過片上光網(wǎng)絡(luò)與光子矩陣計算、片間光網(wǎng)絡(luò)打造的光電混合計算新范式，將從單節(jié)點縱向提升和多節(jié)點橫向擴展的不同維度，突破算力增長瓶頸的制約，持續(xù)為客戶提供更高算力、更低延遲、更低功耗的解決方案。

關(guān)于曦智科技曦智科技(Lightelligence)成立于2017年，是全球光電混合計算領(lǐng)軍企業(yè)。公司憑借在集成光子領(lǐng)域的開創(chuàng)性技術(shù)和全球頂尖的集成電路技術(shù)研發(fā)團隊，致力于在計算需求爆發(fā)的時代，為客戶提供一系列算力躍遷解決方案，與客戶共建更智能、更可持續(xù)的世界。曦智科技從光子矩陣計算(oMAC)、片上光網(wǎng)絡(luò)(oNOC)和片間光網(wǎng)絡(luò)(oNET)三大核心技術(shù)出發(fā)，打造光子計算和光子網(wǎng)絡(luò)兩大產(chǎn)品線，與大數(shù)據(jù)、云計算、金融、自動駕駛、生物醫(yī)藥、材料研究等領(lǐng)域客戶開展緊密合作，持續(xù)為客戶提供更具創(chuàng)造性的高效算力支撐。

審核編輯：湯梓紅