（原标题：Chiplet互连一生酒色网，新进展！）

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跟着越来越多的 SoC 在前沿本领上领会，行业学习范围不时扩大，为更多第三方芯片绽放了大门。

将 SoC 领会成各个构成部分，然后以某种异构形势将这些部分和其他部分组合在沿途的本领已初具限制，这收货于互连、复杂分区方面的逾越，以及业界对什么可行、什么不可行方面的了解。

天然即插即用的愿景莫得蜕变，但完毕这一愿景比率先念念象的要复杂得多。它因应用要津和使命负载的不同而有很大相反，进而影响期间、蔓延和老本。它还可能因封装类型、是否包含 AI、调度和优先级所需的软件数目以及所使用的互连类型而异。

Arm系统架构师兼磋议员 Rob Dimond 暗意，互连是粘合剂。它们包括位于芯片上的片上网罗 (NoC)、位于芯片内的所有其他互连，以及跨芯片传输数据的UCIe芯片到芯片联贯。互连还可与其他高速接口配合使用，将数据从一个界限传输到另一个界限。

“chiplet 互连的根柢挑战在于了解若何领会，” Cadence高档产物营销部总监 Arif Khan 暗意。“你要分手揣摸打算和数据流问题。你的架构是什么？你是若何分手的？你有 chiplet 内的数据流，然后数据流经这些 chiplet。这王人备取决于你的数据流向那边以及高下文是什么。举例，你要惩办的问题是什么？如果你正在搜检 GPU 类型的应用要津，你以至无法将那么大的话语模子放入单个 GPU。你正在搜检的是一个领稀有百万个 AI 工场。然后你正在搜检不同的一致性模子。你会发现，即使是程序条约也无法惩办这个问题。”

如今，这些互连常常都是导线（尽管将来可能会有封装之间以至封装里面的光互连，或者两者俱收并蓄）。但并非所有导线的活动形势都相通。它们可能直径不同，以不同的密度封装在沿途，绝缘性也不同，以至材料也不同。

Blue Cheetah首席履行官兼聚合创举东说念主 Elad Alon 暗意：“你能取得的清晰数目以及这些清晰的特质十分不同。这便是你必须以不同形势作念事的驱能源。另一个身分——基本上不是由物理驱动，而更多的是出于实用工程驱动——是东说念主们常常但愿贫寒跨芯片界限的时序接口。当芯片接管 2.5D 或 3D 封装时，有一定的操作空间，但将这些时序接口彼此贫寒是典型的瞎想决策。这主要源于它在不同的芯片中物理分区的念念法。‘我不念念作念这种屡次跨芯倏得序不断纯熟。’并不是说你不行。只是出于推行原因东说念主们不念念这么作念。这是芯片互连与芯片上互连的另一个不同之处。片上互连将位于单个时钟域内，并可由更“程序”的布局布线经由驱动。但事实上，清晰越少，意味着需要更快地泉源它们。贫寒时序接口是模拟东说念主员完毕这一场地的地方。昭彰，它尽可能小面积、低功耗。”

由于芯片互连需要通过芯片间联贯传输数据，因此这些物理接口常常速率十分快但相对较窄。关连词，与 SoC 互连不同，芯片互连常常像通讯条约一样进行封装，而不相片上总线。

Arteris产物照顾总监 Ashley Stevens 阐发说：“芯片互连常常允许数据通过十分宽的接口以分组体式通过芯片间链路发送，这些数据不错序列化并通过链路发送。芯片间互连需要守旧各式边带信号，在 SoC 中，这些信号常常由点对点信号处理，举例中断和电源照顾。这些信号也需要通过与平方内存和外围斥地事务相通的链路以分组体式从芯片间传输，因此不应被淡忘。”

这些互连也需要与应用相匹配。Alphawave Semi产物营销和照顾副总裁 Letizia Giuliano 暗意：“Chiplet 需要高效的 D2D（芯片到芯片）互连，该互连在要害参数上阐发优异。

咱们需要为 Chiplet 应用定制 D2D 互连，以优化封装中给定系统上该接口的总体 TCO（总领有老本）。面积效果以带宽海岸线密度来量度，该密度可完毕每毫米海岸线最高 Tb/s 的数据传输。功率便是能源效果，pj/b 需要尽可能低。当咱们在 Chiplet 中使用 D2D 互连时，咱们会创建 I/O 电路的近似。物理层和数字逻辑都会被添加，它们需要减少对全体功率预算的影响并稳当全体 TCO。”

蔓延是一项要害的性能筹划，需要尽量裁汰辐照器 (TX) 和接纳器 (RX) 之间的传输期间。“D2D 互连的瞎想必须在电路复杂性和 PPA 之间取得奥妙的均衡，这是同类产物中最好的，”Giuliano 说说念。“这确保咱们不会让电途经大而失去对应用空间的关注。举例，具有单端架构的节略接口和邃密的电压调换均衡有助于教悔电源效果。同期，模拟 TX 和 RX 中的紧凑电路需要仔细磋议失配和噪声。”

要最大结束地阐扬异构集成的上风，需要长远了解最终应用和使命负载，以及若何为该特定领域瞎想最好惩办决议。“咱们不行脱离应用领域，也不行将总体 TCO 降至最低，因此 D2D 架构需要针对不同类型的封装和凸块间距进行瞎想。在瞎想系统时，咱们需要接洽所有电路颓势，以完毕切实可行的实施，”Giuliano 指出。“咱们正在从片上转向封装。在封装中的芯片系统等领会 SoC 芯片的天然形势是在封装上传输片上 SoC 网罗，因此咱们正在为标称的片上传输层添加物理层传输。”

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在芯片中传输数据

有好多竞争条约可用于移动数据。AMBA CHI、UCIe 和 BoW 最为东说念主所知。哪一个或哪个组合最终胜出还有待不雅察。但它们本色上履行相通的功能，即在芯片之间快速移动数据。

Arm 的 Dimond 暗意：“AMBA CHI 是经过封装的、世俗使用的和公开授权的，况兼是 AMBA CHI C2C 的基础，香蕉鱼观看在线视频网使其冒失使用合适的芯片物理层和链路层在芯片之间进行联贯。为了将主板上的组件团员到一个封装中，最好在针对芯片优化的新物理层上使用已斥地的互连程序。为了将 SoC 领会为多个芯片，使用已斥地的 SoC 互连相通有酷爱。”

Arm 觉得，chiplet 互连将从现存的板载互连或现存的 SoC 互连演化而来。但关于 chiplet 架构，需要接洽更多不同的档次。

Dimond 阐发说念：“关于物理层，芯片之间的芯片间互连可能会守旧更少的物理联贯，这些物理联贯可在更长的距离内泉源。可能需要 SerDes。关于 AMBA CHI C2C，条约被打包以守旧在物理层上泉源。条约层将需要一个架构范例来提供所需的历久踏实性，以守旧跟着期间的推移而近似使用，况兼跟着生态系统的出现，可能守旧价值链中不同参与者之间的近似使用。”

在很猛进程上，芯片到芯片的通讯是一个分区问题，而且它在汽车瞎想中尤其具有挑战性。

西门子数字工业软件搀和和虚构系统副总裁 David Fritz 暗意：“举个例子，我不错从 X 公司取得一个 chiplet，它上头有一个完好的 CPU 复合体，但莫得 GPU。我正在尝试为 IVI 作念点什么，因此我需要一个 GPU 来进行渲染。有些公司会说，‘如果我把咱们的 GPU 放在一个寥寂的 chiplet 里，然后把这个 chiplet 称为 droplet，奈何样？’它只是一个不行寥寂的子系统模块。东说念主们会创建这些 droplet，然后他们会说，‘你拿着咱们的 droplet 去其他公司，他们会在它周围放上他们需要的东西。’是以当今发生的情况是，咱们又回到了销售硬宏的阶段。‘我这里有 GPU，但我的内存在另一个 chiplet 上？’哦，等一下，这行欠亨，因为我莫得 GPU 所需的带宽，无法守旧高分辨率和多泄漏器。’是以，如果你莫得器用来探索这个领域的复杂性，并得出更深档次、更硬性的、不直不雅或不彰着的条目，那么你最终会作念出造作的决定，而你最终也不会得到有竞争力的产物。”

异构系统中的分区不单是波及硬件。软件也需要跨芯片兼容。

“如果你接洽推理，推理常常使用较小的数据集并据此作念出决策，” Eliyan计策营销副总裁 Kevin Donnelly 说。“处理元素可能都包含在一个芯片内，你需要作念的是与外界和内存进行互连。这决定了你领有什么样的互连，以及这些互连需要什么样的带宽。这将鼓励类似推理的芯片组的分区。如果是教师，况兼你要处理像 NVIDIA 那样的海量数据集，那么他们鄙吝的是接管多数十分大的领会芯片并使它们看起来无缝连络，就像它们推行上只是越来越大的单片芯片一样。在这些芯片中，他们需要尽可能缜密地互连 GPU 中枢，并在芯片之间取得尽可能多的带宽。片外互连问题恰是他们作念出分区决策的原因，这亦然他们将其旋转 90 度的原因，而之前其他东说念主的作念法是试图让两个巨大的单片芯片看起来像一个更大、更弘大的单片芯片。然后外部的联贯进入 I/O 寰宇和其他内存。这便是片上互连在分区中阐扬作用的形势。在软件层面，他们冒失让它看起来像一个巨大的处理器，而不是两个分散的处理器，这让他们冒失字据他们发布的和之前可用的性能取得出色的性能基准。”

这也不错称为横截面带宽和能耗。Eliyan 首席计策和业务官 Patrick Soheili 指出：“当你将单片芯片上的组件彼此分开，并将它们分红两个需要重新联贯或同质化的异构组件时，你需要防护这两点。”“你正在寻找不错干预更多电力的区域，因为当今你不错在芯片外部联贯它们。在芯片里面进行联贯老是更灵验果，但如果莫得空间，你就别无聘请。因此，一个决定由此作念出。另一个决定是一个芯片需要以多快的速率与另一个芯片通讯，即横截面带宽需如果几许，以及我是否不错将它们彼此分开而不是放在单片芯片中。这两个是软件分区，确保通盘系统将 SIP 视为一个全体（这恒久是其中的要害部分），与芯片策略无关，只是确保所有东西四肢一个子系统协同使命。”

chiplet 为互连完毕带来了什么

chiplet 系统的出现带来了创建可用于坐褥的完毕的新挑战。“这需要一种新的形势来测试 D2D 接口以稳当更高的数据速率，并允许测试和筛选出好的芯片，”Alphawave 的 Giuliano 说。“咱们如安在晶圆或封装上测试 D2D 互连物理层？咱们是否知说念 HBM 学习是否适用于此，或者咱们是否需要作念不同的事情？咱们当今掂量的是更高数据速率的链路，即 32Gbps，以及每引脚 64Gbps，它们联贯着越来越多的 chiplet。常常，这是通过晶圆级不可能完毕的高档凸块间距来完毕的。在咱们的 PHY 里面瞎想测试级结构至关进犯，这么不错长远了解硅片的健康气象以及要害时序参数随期间变化的可不雅察性。”

Alphawave 实施了先进的测试和调试按序，使其工程团队冒失使用里面环回和寄存器看望来测试链路。该公司还与 OSAT 合作实施结构测试，以确保对 D2D 结构的全面测试障翳。

另一个新问题源于集成来自不同供应商和完毕的 D2D 互连和芯片组，这些芯片组需要互操作。“今天，咱们部署的大多数系统都只须一个供应商完毕，但咱们正在与生态系统合作伙伴和客户合作，为多供应商互操作性铺平说念路。咱们照旧创建了测试平台并发布了芯片组，不错与其他方沿途使用，以完成电气互操作性测试和条约测试，”Giuliano 指出。

Arteris 的 Stevens 暗意，系统发现是芯片中需要程序化的另一个领域。“要创建一个芯片生态系统，他们需要冒失‘发现’现存的东西，并协调变成一个系统，如果条目守旧真实的芯片搀和搭配。如今，芯片是四肢一个单一系统瞎想和考据的，但衰败若何将它们沿途使用的生动性。考据 IP 亦然芯片的要害。为了完毕互操作性，必须有业界相信的真的‘黄金’考据 IP。这使得芯片瞎想冒失向 VIP 考据，而不需要向其他芯片考据。”

还必须从互连的角度来看待全体内存映射。“内存映射是指对特定地址的看望若何映射到系统中的内存规定器，”史蒂文斯说。“在芯片系统中，内存看望不错跨芯片进行。这种映射可能会影响性能。细粒度映射会将看望均匀散布在芯片之间，但由于辛勤芯片的蔓延较长，可能会导致性能问题。粗粒度映射可能更好，但看望可能不会均匀散布，因此需要作念出一个辣手的权衡。系统架构师应该对此进行建模，但另一种按序是使此启动期间可设置，以便在硅片启动后进行老练。”

关于芯片架构，另一个进犯的接洽身分是，莫得一种 D2D 互连冒失符合所有的芯片分区和架构。“了解场地 KPI 以聘请正确的 D2D 链路和芯片分区设置至关进犯，”Giuliano 指出。“咱们诈欺咱们的芯片定制硅片专科常识和 D2D 互连请示地位，率领咱们的客户正确分手系统，并在完毕最好 TCO 和上市期间之间找到最好折衷决议。一个进犯的例子是封装本领，以及该设置所需的 D2D 设置。聘请需要波及芯片互连的所有层。然后，电气 PHY 层和封装类型被移动到特定于域架构的芯片互连条约和分区。”

图 1：Alphawave 的多程序 I/O 小芯片。起首：Alphawave Semi

跟着对芯片互连的了解不时加深，最大的问题是多久材干出现买卖芯片市集。天然英特尔、AMD、NVIDIA 和苹果等公司照旧在使用芯片，但这些芯片是特意为他们我方的斥地瞎想的。领有基本上即插即用的商用芯片仍然猴年马月。

Synopsys本领产物照顾高档总监 Tim Kogel 暗意：“咱们将看到的下一个阶段是，现时的参与者围绕其 IP 开放生态系统，允许使用配套的 chiplet。这将需要一整套架构按序和协调器用。尤其是在汽车行业，这是一个十分进犯的趋势。欧洲有 imec 汽车 chiplet 筹划 (ACP)。日本有汽车高档 SoC 磋议 (ASRA) 定约。有架构协融合物理方面的使命组。咱们如安在信号级别使其使命？咱们如安在宏不雅架构方面使其使命以将事物组合在沿途？尤其是在汽车行业，有这种巨大的推能源，因为他们了了地看到了使用 chiplet 见识来完毕这种可膨胀架构的平正。他们但愿通过节略地说‘好的，这是一个 chiplet，这是两个，这是四个 chiplet’，从低端汽车转向中端汽车再到高端汽车。他们看到了巨大的经济限制，他们将通过 chiplet 旅途来完毕这少量。”

关连词，在此之前，仍有好多使命要作念。四肢一个行业，咱们仍在学习芯片和程序，它们都在不同的领域阐扬作用，”是德科技信号完整性应用科学家兼高速数字应用产物司理 Chun-Ting “Tim” Wang Lee 暗意。 “行业面对的最大挑战是专注于确保它们冒失协同使命，因为总有一天它们必须互连并协同使命。”

https://semiengineering.com/chiplets-make-progress-using-interconnects-as-glue/

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