Chiplet是否也走上了集成競賽的道路？

Chiplet會將SoC分解成微小的芯片，各公司已開始產(chǎn)生新的想法、工具和“Chiplet平臺”，旨在將這些Chiplet橫向或縱向組裝成先進(jìn)的SiP（system-in- package）形式。令人不解的是，Chiplet最初的構(gòu)想是將SoC分解成類似樂高積木的模塊，而現(xiàn)在似乎又重新回到了集成競賽中。

總部位于加州圣何塞的DreamBig Semiconductor就是其中一家初創(chuàng)公司。該公司參加了上月的CES，并發(fā)布了名為MARS的“開放式Chiplet平臺”。

MARS平臺的核心是一個“Chiplet Hub”，該公司將其命名為Deimos Chiplet Hub（DCH）。

工程高級副總裁Steve Majors解釋說，DCH是一個芯片die。它作為一個中樞，將包括CPU、主AI加速器、內(nèi)存控制器、I/O和高速網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的一系列Chiplet連接成一個完整的SiP設(shè)備。

這家初創(chuàng)公司的最大理念是讓客戶專注于他們可以實(shí)現(xiàn)差異化的定制化芯片領(lǐng)域。DreamBig的DCH將幫助他們快速構(gòu)建多種類型的定制SiP設(shè)備。

DreamBig與其他Chiplet組裝公司的差異化戰(zhàn)略是搭乘Silicon Box的順風(fēng)車，后者是由Marvell的前聯(lián)合創(chuàng)始人Sehat Sutardja和他的妻子Weili Dai創(chuàng)辦的新加坡Chiplet代工廠。

DCH內(nèi)部

DCH集成了包括CPU在內(nèi)的多種功能，并支持將DMA、中斷控制器、PCIe交換機(jī)和HBM堆棧等功能集成到Chiplet的die中。

不過，Majors解釋說，DCH內(nèi)部的CPU是“管理CPU，而不是主CPU，后者位于附加的Chiplet上”。

但是，像DMA和中斷控制器這樣的功能不是已經(jīng)存在于大多數(shù)CPU的die上了嗎？

Majors解釋說：“一旦將CPU分解成Chiplet，就需要對CPU Chiplet的內(nèi)核和高速緩存進(jìn)行優(yōu)化，使其能夠持續(xù)擴(kuò)展到下一個工藝節(jié)點(diǎn)或添加特殊指令?！彼a(bǔ)充說，DMA和中斷控制器等功能最好在靠近內(nèi)存和IO的地方分區(qū)，由Chiplet Hub提供給所有CPU Chiplet。

內(nèi)存優(yōu)先架構(gòu)

Majors認(rèn)為DreamBig的關(guān)鍵是其Chiplet Hub采用的“內(nèi)存優(yōu)先架構(gòu)”。它使所有Chiplet都能直接訪問高速緩存/內(nèi)存層，包括堆疊在Chiplet Hub上的低延遲SRAM/3D HBM和Chiplet上的大容量DDR/CXL/SSD。這使得計(jì)算、加速器和網(wǎng)絡(luò)Chiplet能夠執(zhí)行高效的數(shù)據(jù)移動、數(shù)據(jù)緩存或數(shù)據(jù)處理。

此外，正如Majors所說，DreamBig還提供了存儲分層的靈活性。它可以從SRAM到HBM再到CXL再到SSD，“從而提供Mega Bytes到Giga Bytes以及Tera Bytes的內(nèi)存，用于緩存或數(shù)據(jù)訪問”。

Majors解釋說，總之，一個平臺可以在使用的層級和為每個層級選擇的大小方面“跨范圍”組合?！耙虼耍?D HBM是可選的。Chiplet Hub可進(jìn)行3D堆疊，但不一定要堆疊?！?/p>

拉鋸戰(zhàn)

行業(yè)Chiplet專家們也指出，Chiplet供應(yīng)商可能會重新開始集成競賽，而不是讓Chiplet實(shí)現(xiàn)SoC的分解。

盡可能多地集成將符合Chiplet供應(yīng)商的利益，這樣才能提高利潤率并獲得更好的性能。那么，Chiplet供應(yīng)商是否會為了誰能集成什么而展開拉鋸戰(zhàn)？系統(tǒng)設(shè)計(jì)者是否真的能獲得這一概念所承諾的模塊化？

Chiplet仍處于初級階段

Intel的Chiplet專家Ron Wilson指出，盡管形成了一定程度的互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，但Chiplet的潮流還面臨著一些重要的、有爭議的問題。

Wilson問道：系統(tǒng)將如何分區(qū)？CPU和GPU等大型模塊是必然的。但這些大塊需要各種輔助功能的支持，如內(nèi)存控制器、高速緩存和高速緩存控制器、DMA和中斷控制器、總線控制器以及相當(dāng)于片上網(wǎng)絡(luò)硬件的 SiP。傳統(tǒng)上，所有這些東西都由CPU IP供應(yīng)商提供，并與CPU內(nèi)核集成在一起。但是，它們應(yīng)該放在CPU的die上，還是單獨(dú)的die上？或者，就像DreamBig似乎建議的那樣，把它們集成到一個單獨(dú)的模塊上，然后在整個系統(tǒng)中共享？

至于互聯(lián)性，DreamBig試圖覆蓋很多領(lǐng)域。例如，據(jù)該公司稱，其DCH平臺提供32到128個D2D（die-to-die）鏈路，每個鏈路64GB/s，用于連接Chiplet。每個鏈路都支持主要的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)D2D物理層/鏈路層：通用芯片互連Express（UCIe）流協(xié)議和開放計(jì)算項(xiàng)目（OCP）BoW（Bunch of Wires）。

基板會如何？

另一組問題涉及芯片下面的基板。顯而易見的選擇是標(biāo)準(zhǔn)封裝基板，Wilson說，“但它在線寬、凸點(diǎn)密度和性能方面存在問題”。

芯片Interposer可以解決所有這些問題，但它們的尺寸有限，而且非常昂貴。使用扇出封裝技術(shù)的互連層是另一種可能性，介于普通封裝基板和interposer技術(shù)之間。Wilson補(bǔ)充說：“供應(yīng)鏈中已經(jīng)有了這方面的基礎(chǔ)設(shè)施?！边€有玻璃，有些人認(rèn)為它是未來的基板，能夠像扇出技術(shù)一樣在巨大的面板上制造。但它仍未得到證實(shí)。

DreamBig的秘密武器似乎是Silicon Box的面板級封裝技術(shù)。如圖所示，Silicon Box使用的是600mm的方形面板，而不是傳統(tǒng)的300mm圓形晶片。

Silicon Box聲稱它使用的是“革命性的”RDL（redistribution layer），可以取代昂貴的芯片Interposer。正如Majors解釋的那樣，在Silicon Box工作的一些工程主管是各種扇出封裝方法的發(fā)明者。遺憾的是，Silicon Box沒有透露他們使用的RDL的任何細(xì)節(jié)。

開啟夢想

DreamBig目前在全球擁有200多名員工。據(jù)Majors稱，該公司迄今已融資7,000多萬美元。

公司CEO兼創(chuàng)始人是Sohail Syed。在此之前，他曾將自己的公司Questarium賣給了Marvell，當(dāng)時Sutardja和Dai掌管著這家公司。

值得注意的是，Syed是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面的專家，擁有專門的網(wǎng)絡(luò)IP。

當(dāng)他意識到與計(jì)算機(jī)相比，網(wǎng)絡(luò)行業(yè)缺乏先進(jìn)技術(shù)時，他便萌生了創(chuàng)辦DreamBig的想法。Sutardja和Dai一致認(rèn)為，Syed的想法可以與整個Chiplet的愿景相輔相成。

除了開放式Chiplet平臺，DreamBig還提供了兩個“先進(jìn)的硬件網(wǎng)絡(luò)加速器IP”實(shí)例。它們是RDMA（remote direct memory access）和算法TCAM（ternary content-addressable memory）。TCAM是一種高速存儲器，可以在一個時鐘周期內(nèi)搜索其全部內(nèi)容。

DreamBig的Majors解釋說，RDMA有利于云網(wǎng)絡(luò)的使用，如遠(yuǎn)程存儲或HPC集群。RDMA還可用于AI擴(kuò)展，連接大量AI計(jì)算/加速器集群。他總結(jié)道：“RDMA將所有這些網(wǎng)絡(luò)流量從處理器上卸載下來，從而提高了系統(tǒng)的效率和可擴(kuò)展性。

同時，算法TCAM對于大型虛擬化云網(wǎng)絡(luò)中的Match Action處理非常有用，例如微軟SONiC DASH。

Majors強(qiáng)調(diào)說：“到目前為止，這些技術(shù)只有Nvidia、Intel、AWS等巨頭才有。他聲稱，DreamBig現(xiàn)在首次以IP或芯片的形式向公開市場提供該技術(shù)。




審核編輯：劉清