如何通過 EMIB 幫助FPGA家族芯片實現(xiàn)帶寬大漲的部分細節(jié)分析

英特爾的“嵌入式多芯片互連橋接”（EMIB）技術，或許是本年度芯片設計領域的一大趣事。其使得英特爾可以在同一片基板上連接不同的異構部件（heterogeneous dice），同時又不至于太占地方。今天，英特爾披露了有關如何通過 EMIB 幫助全新 Stratix 10 MX FPGA（現(xiàn)場可編程邏輯門陣列）家族芯片實現(xiàn)帶寬大漲的部分細節(jié)。

在板載二代高帶寬內(nèi)存（HBM 2）、以及尚未正式宣布聯(lián)姻的 Intel CPU 和 Radeon GPU 的基礎上，英特爾將使用 EMIB 來掛接Stratix 10 MX FPGA 芯片，最多四塊“瓷貼”可提供高達 512GB/s 的帶寬。

除了 HBM2 內(nèi)存堆棧，英特爾還會使用 EMIB 掛接四個 FPGA 信號收發(fā)器，比如 PCIe 。在白皮書（PDF）中，英特爾還提到了使用 FPGA 和 DDR4 內(nèi)存來擴展當前系統(tǒng)級架構所面臨的挑戰(zhàn)。

三通道 DDR4-3200 內(nèi)存或許可以滿足當前 FPGA 的 80 Gb/s 帶寬需求，但縮放比例和布局上的挑戰(zhàn)，在當今的戲狗架構中幾乎是不可能克服的。

隨著未來 FGPA 處理需求的增長，是無法無限地在一片基板上安裝足夠多的 DDR I/O 針腳來滿足其帶寬需求的。

即便有可能在 FGPA 封裝包上安置足夠多的 I/O 針腳，額外的每條內(nèi)存也需要占用相當耗能的 I/O 緩沖來驅(qū)動它們，導致帶寬的需求超出了對每瓦特性能尤為敏感的數(shù)據(jù)中心等市場的設計約束。

最后，英特爾指出，將 10 組 DDR4 DIMM 插槽放到一塊 PCB 上，理論上可達 256GB/s 吞吐率（在未來對 FPGA 也有這方面的某些需求），但會占用相當多的面積、讓數(shù)據(jù)中心的密度不增反減。

上面提到的許多約束，也是 AMD 開始開發(fā) HBM 內(nèi)存來滿足其 GPU 帶寬需求的一個主要原因。與占用大量 PCB 面積的 GDDR5 顯存芯片相比，HBM 不僅占地更小，所需布置的線路和能耗也更少。

當前廠商們多需要在 GPU 和 HBM 顯存之間使用中介層（interposer），這顆額外的硅芯片確實也很占地方，不僅增加了封裝的復雜性，也限制了芯片整體尺寸的收縮。

因此，英特爾對 EMIB 的定位是‘克服使用 DDR4 和 FPGA 以增加帶寬的挑戰(zhàn)’。與 Fuji 和 Vega GPU 上的 HBM 顯存所搭檔的中介層不同，EMIB 讓英特爾的 Stratix 10 MX FPGA 在納入 HMB2 顯存時的占地限制沒那么大。

英特爾表示，使用 EMIB 還可以讓那些類似的基板受益，因為橋接器只是很小的一片，采用微凸（micro-bumps）而不是硅通孔（TSVs）來連接核心。

此外該公司不用擔心制造上的挑戰(zhàn)、或者減少 TSV 的產(chǎn)量，因為它可以使用標準的倒裝芯片技術，封裝集成了 EMIB 的芯片。

最終，所有這些奇特的技術，都可以讓 Stratix 10 MX FPGA 芯片盡享指數(shù)級的內(nèi)存帶寬增長。與當前 FPGA 方案相比（4~6 組 DDR 通道），其支持多達 64 組的并發(fā)內(nèi)存訪問。

另外，該 FPGA 芯片采用英特爾的 HyperFlex 架構打造，運行頻率可以達到 1GHz 。隨著后續(xù)的優(yōu)化，其能夠?qū)崿F(xiàn)更高的性能和應用加速的靈活性。