AMBA向多芯片和CHI C2C進(jìn)發(fā)

Arm的Advanced Microcontroller Bus Architecture（AMBA）在與生態(tài)系統(tǒng)合作解決復(fù)雜的行業(yè)性問(wèn)題方面有著悠久的歷史?，F(xiàn)在，隨著行業(yè)接納芯粒（chiplets）技術(shù)，是時(shí)候?qū)MBA從片上擴(kuò)展到多芯片了。

在這篇博客中，我們將概述AMBA Coherent Hub Interface（CHI）芯片互聯(lián)（chip to chip, C2C）的方法——這是對(duì)片上CHI的擴(kuò)展，旨在使CHI適用于芯片間互聯(lián)。

我們還將說(shuō)明AMBA CHI C2C如何努力與UCIe等芯片片間標(biāo)準(zhǔn)化相輔相成，以進(jìn)一步推動(dòng)協(xié)作。

為什么選擇芯粒，為什么是現(xiàn)在？

正如我們?cè)谝郧暗牟┛臀恼轮杏懻撨^(guò)的那樣，行業(yè)正處于一個(gè)拐點(diǎn)，芯粒正在在各個(gè)領(lǐng)域和應(yīng)用中得到采用。

對(duì)芯粒的投資是由當(dāng)前在SoC設(shè)計(jì)中所面臨的巨大經(jīng)濟(jì)壓力推動(dòng)的。SoC的復(fù)雜性和性能要求不斷增長(zhǎng)，而每個(gè)新的先進(jìn)制造工藝節(jié)點(diǎn)（5納米及以下）的成本也在增加。然而，這些新節(jié)點(diǎn)帶來(lái)的好處并沒(méi)有相應(yīng)增加。例如，雖然邏輯的面積持續(xù)縮小，但I(xiàn)/O和存儲(chǔ)器的收益卻遞減。高昂的成本也阻礙了新SoC或衍生產(chǎn)品的數(shù)量。

這種情況為芯粒提供了絕佳的機(jī)會(huì)。芯粒使得在當(dāng)前被芯片尺寸限制的性能上進(jìn)行擴(kuò)展成為可能，同時(shí)管理芯片成本并提供更大的可組合性。

標(biāo)準(zhǔn)化至關(guān)重要

AMBA一直是片上通信的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)。AMBA為各種設(shè)計(jì)提供了一個(gè)共同的標(biāo)準(zhǔn)，確保了SoC中不同組件之間的兼容性。它為設(shè)計(jì)集成提供了靈活性、可擴(kuò)展性、設(shè)計(jì)復(fù)用性。

AMBA規(guī)范（如CHI和AXI）是免費(fèi)提供的，并與行業(yè)各方合作共同開(kāi)發(fā)。AMBA被廣泛應(yīng)用于Arm生態(tài)系統(tǒng)及其他領(lǐng)域。它具有長(zhǎng)期可靠性和信任度，在過(guò)去27年中已經(jīng)在數(shù)十億臺(tái)設(shè)備中使用，涵蓋了各個(gè)市場(chǎng)和應(yīng)用領(lǐng)域。

AMBA所帶來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)化是支撐SoC設(shè)計(jì)和無(wú)廠（fabless）半導(dǎo)體模式的基礎(chǔ)。這種標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)建了一個(gè)繁榮的生態(tài)系統(tǒng)和一個(gè)兼容IP和工具的綜合市場(chǎng)。其中包括處理器、加速器、互連、控制器、外設(shè)，以及來(lái)自芯片合作伙伴、IP供應(yīng)商和其他合作伙伴的驗(yàn)證IP（VIP）、建模工具和性能工具。

標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)于芯粒同樣至關(guān)重要。隨著行業(yè)從當(dāng)前的定制芯片互聯(lián)轉(zhuǎn)向多供應(yīng)商可組合芯片互聯(lián)，標(biāo)準(zhǔn)化將變得更加重要。

具有標(biāo)準(zhǔn)化明確定義和可互操作的層也至關(guān)重要。

明確定義和可互操作的層可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)復(fù)用，降低成本和上市時(shí)間。不同的實(shí)現(xiàn)可以優(yōu)先考慮和關(guān)注不同的用例和需求，提供更大的靈活性并促進(jìn)創(chuàng)新。

芯粒需要物理、傳輸和協(xié)議層的標(biāo)準(zhǔn)化。更不用說(shuō)軟件模型、機(jī)械、熱管理和功耗的標(biāo)準(zhǔn)了。還需要進(jìn)行芯片驗(yàn)證、可靠性測(cè)試、合規(guī)性測(cè)試和許多其他方面的工作。

為什么選擇AMBA CHI？

AMBA CHI架構(gòu)提供了處理器、加速器和存儲(chǔ)器等大型網(wǎng)絡(luò)所需的性能和擴(kuò)展性。

更重要的是，CHI是高速、可靠且分組化的，這使其也非常適用于芯粒。同時(shí)，CHI是廣泛使用的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，為芯粒提供了低風(fēng)險(xiǎn)和簡(jiǎn)單的利用方式。

CHI協(xié)議提供了一個(gè)完整的緩存一致性模型，與架構(gòu)無(wú)關(guān)，支持用于使用snoop filter和directory-based 的系統(tǒng)。它公布于2013年，并不斷發(fā)展，增加了新功能和性能提升。其廣泛的功能列表包括：

• 原子和互斥事務(wù) （Atomic and exclusive transactions）
• 用于降低延遲的優(yōu)化流程，如DMT、DCT和DWT
• 基于奇偶校驗(yàn)的接口保護(hù)
• 低功耗，具有不同級(jí)別的控制
• 寫入零、數(shù)據(jù)省略和本地復(fù)制 （Write zero, data elision and copy-at-home），以減少數(shù)據(jù)傳輸
• Distributed Virtual Memory（DVM）管理
• 用于機(jī)密計(jì)算的領(lǐng)域管理擴(kuò)展（Realm Management Extensio，RME）

CHI作為基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用程序在超大規(guī)模計(jì)算、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域取得了極大的成功。CHI現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用并在其他多個(gè)市場(chǎng)領(lǐng)域中得到驗(yàn)證，例如移動(dòng)和汽車領(lǐng)域，這些領(lǐng)域也需要完全硬件一致性和高性能。

引入AMBA CHI C2C

我們很高興介紹AMBA CHI C2C，這是CHI的擴(kuò)展，用于芯片片間互聯(lián)（chiplet-to-chiplet）。

通過(guò)C2C，即芯片片間互聯(lián)（chiplet-to-chiplet），我們指的是芯粒（multi-die或die-to-die）和芯片間連接（multi-chip通過(guò)PCB連接）。

CHI C2C針對(duì)先進(jìn)的異構(gòu)系統(tǒng)，和基于Arm的一致性SMP。它提供了一個(gè)統(tǒng)一的設(shè)備連接接口，包括計(jì)算、加速器和存儲(chǔ)器。不僅用于全一致性傳輸，也用于I/O和非一致性傳輸。

CHI C2C專注于協(xié)議（protocol ）和信息打包（packetization ）層。CHI C2C利用現(xiàn)有的片上CHI協(xié)議，并定義了如何對(duì)其進(jìn)行信息打包，使其適合通過(guò)芯片片間互連進(jìn)行傳輸。包格式針對(duì)鏈路利用率和延遲進(jìn)行了優(yōu)化，同時(shí)避免了復(fù)雜的打包和解包方案。

相同的架構(gòu)特性可以跨越芯片間的邊界，芯片之間可以共享相同的存儲(chǔ)器和安全模型。這可以避免協(xié)議轉(zhuǎn)換、不兼容性和額外的延遲。

這種分層的方法可以與底層傳輸進(jìn)行清晰的分離，因此CHI可以在UCIe或其他方式上使用，無(wú)論它是否標(biāo)準(zhǔn)化。

使用CHI和UCIe streaming

UCIe已經(jīng)匯集了行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，提供了標(biāo)準(zhǔn)化的芯片片間接口，并取得了很大的動(dòng)力。它提供了適用于芯片片間集成的物理層（PHY）和適配器（adapter），以及軟件模型和合規(guī)性測(cè)試。

UCIe還提供了優(yōu)秀的協(xié)議靈活性。它采用了多協(xié)議棧方法，允許在單個(gè)物理鏈路上使用多個(gè)協(xié)議。PCIe和CXL可用于傳統(tǒng)的片外設(shè)備，而Streaming接口可用于插入其他協(xié)議，使其非常適合傳輸AMBA CHI。

下面我們以使用UCIe Streaming的基于CHI的多芯片系統(tǒng)為例進(jìn)行說(shuō)明。它具有重要的優(yōu)勢(shì)：

• 無(wú)縫使用架構(gòu)特定功能--通過(guò)與片上系統(tǒng)一樣的CHI協(xié)議的傳輸，可以無(wú)縫使用架構(gòu)特定功能，無(wú)需協(xié)議轉(zhuǎn)換。
• 鏈路穩(wěn)定性--UCIe Streaming 接口提供了鏈路穩(wěn)定性，例如使用UCIe定義的數(shù)據(jù)鏈路CRC和重傳機(jī)制。

總結(jié)

CHI C2C規(guī)范正在開(kāi)發(fā)中，和其他所有AMBA規(guī)范一樣，將按照現(xiàn)有的AMBA許可和治理模型進(jìn)行發(fā)布。也就是說(shuō)，它將免費(fèi)提供，免版稅，與架構(gòu)無(wú)關(guān)，并具有廣泛和永久的實(shí)現(xiàn)權(quán)利[1]，換句話說(shuō)，非常適合廣泛采用。

通過(guò)利用現(xiàn)有的AMBA許可和治理模型，CHI C2C將能夠與CHI協(xié)議本身保持同步發(fā)展，并與現(xiàn)有AMBA生態(tài)系統(tǒng)的要求保持一致。當(dāng)然，我們確保它仍然針對(duì)UCIe和其他傳輸進(jìn)行優(yōu)化。

該模型遵循分層的標(biāo)準(zhǔn)化方法和其他協(xié)議的現(xiàn)有治理模型，例如CXL和PCIe，也可以與UCIe一起使用。

基于此，我們預(yù)計(jì)CHI C2C將在各個(gè)領(lǐng)域和應(yīng)用中得到應(yīng)用。從高性能基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用到汽車領(lǐng)域等，隨著時(shí)間的推移，還包括現(xiàn)有的大量基于AXI的設(shè)計(jì)，這對(duì)于在C2C中進(jìn)行啟用至關(guān)重要。