芯片|800亿晶体管开启新一轮堆料大战,摩尔定律是一场逃不过的内卷?( 二 )



“堆料”极限如何突破?Chiplet技术
小芯片(Chiplet)技术被视为延缓半导体摩尔定律的解方 , 它的概念其实很简单就是硅片级别重用 。 将一个芯片组成的处理器划分为多个芯片 , 分别是:数据存储、计算、信号处理、数据流管理等功能 , 然后再将它们连接在一起形成一个小芯片的芯片网络 。
Marvell创始人周秀文博士在ISSCC2015大会上提出了提出Mochi架构的概念 , 他认为Mochi可成为诸多应用的基础架构 。 而AMD在2019年通过采用Chiplet技术 , 应用于在Ryzen和EPYC处理器 。 使用7nm的Zen2 CPU内核的CPU性能比前代产品提高了15% 。
除了Chiplet技术可以将大型7nm设计的成本降低高达25%;在5nm及更先进的制程的设计中 , 节省的成本更大 。
芯原股份创始人、董事长兼总裁戴伟民曾表示 , 对于产业来说 , 在标准与生态层次上 , Chiplet建立了新的可互操作的组件、互连协议和软件生态系统;对于芯片设计来说 , 降低了大规模芯片设计的门槛 。
英特尔、AMD、Arm、台积电和三星等众多行业巨头推出了新的通用小芯片互连高速 (UCIe) 联盟 , 其目标是通过开放的芯片间互连标准化小芯片之间的互连设计 。 从而降低成本并培育更广泛的经过验证的小芯片生态系统 。
最后 , UCIe 标准旨在与其他连接标准(如 USB、PCIe 和 NVMe)一样普遍 , 同时为小芯片连接提供卓越的功率和性能指标 。 值得注意的是 , 所有三个领先的代工厂都将采用这项技术 , 以及 x86 和 Arm 生态系统 。 这是随着摩尔定律的减弱 , 芯片制造商正在共同努力解决越来越困难的缩放 。
在英伟达的新品上 , 支持UCIe的NVlink连接技术就起到重要的作用 。 两个 Grace CPU 通过 Nvidia 新的 NVLink 芯片到芯片 (C2C) 接口进行通信 。 这种互连技术支持低延迟内存一致性 , 允许连接的设备同时在同一个内存池上工作 。 NVLink-C2C可提供高达 25 倍的能效和 90 倍的面积效率 , 支持高达 900 GB/s 或更高的吞吐量 。 同时通过支持多种类型的联机 , Grace可实现从 PCB 的互连到硅中介层和晶圆级的互连 。
互连技术除了提高芯片性能 , 还可以降低成本和并支持在单个封装中使用不同类型的工艺节点 。
先进封装
当实际芯片的密度仍以每3年约2倍的速度增长 , 摩尔定律的放缓已经肉眼可见 。 这种放缓的部分原因是由于 SRAM 缩放、功率传输和热密度的消亡 , 但这些问题大多与数据的输入和输出有关 。
芯片上数据的输入和输出(IO)是计算的命脉 。 将内存放在芯片上有助于通过减少通信开销来减少IO需求 。 小芯片技术虽然能满足一部分需求 , 但它不是孤立的解决方案 。 随着每个晶体管的成本的上升 , 设计成本飙升 , 由于需要更多IO来与其他芯片接口 , 但IO的限制让部分芯片无法拆分 , 因此芯片尺寸仍在达到峰值 。
先进封装就成为了解决这方面问题的方法 。 苹果的M1 Ultra就通过2.5D先进封装实现性能超越 。 UltraFusion是苹果将两个M1 Max裸片链接的方法 。 通过将两个M1 Max裸片封装到一起 , 苹果使他们可以使用的硬件数量翻了一番 。 两倍的CPU内核、两倍的GPU内核、两倍的神经引擎内核、两倍的LPDDR5内存通道以及两倍的外围设备I/O 。
英特尔则选择在单个基板中可以有许多嵌入式桥接 , 根据需要在多个裸片之间提供极高的 I/O 和良好控制的电气互连路径 , 即EMIB封装实现芯片性能的提升 。
可以看到封装、架构种种因素在性能提升上的重要性越来越高 。
“堆料”是大厂逃不过的内卷?虽然业界对“堆料”的褒贬不一 , 但现实仍是 , 可以不止于堆料 , 但不能不堆料 。 而堆料也不仅仅是形容在处理器上增加晶体管 , 广义上讲堆料还包括各种硬件厂商 , 如主板厂、手机厂为了寻求差异化 , 也在产品上增加大量的顶尖配件 。
随着汽车智能化程度的提高 , 汽车厂商也在用”堆料”来吸引客户 。 Aquila蔚来超感系统配备了33个高性能感知硬件 , 包括1个超远距高精度激光雷达、7颗800万像素高清摄像头、4颗300万像素高感光环视专用摄像头、1个增强主驾感知、5个毫米波雷达、12个超声波传感器、2个高精度定位单元和V2X车路协同 。
如果是自动驾驶是智能汽车厂商们的终极目标 , 显然这一配置并不足够 。 更何况自动驾驶需要的不止是汽车厂商们的突破 , 对交通系统、城市网联等方面都有着很高的要求 。 但汽车厂商们还是在为产品增加非必要的配件 。
换句话说 , “堆料”就像是各硬件厂商的一场内卷 。 既然逃不过 , 就只能加入 。