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8月2日，UCIe（通用芯粒高速互連）聯(lián)盟宣布阿里巴巴和英偉達(dá)新當(dāng)選董事會(huì)成員，加上此前的創(chuàng)始成員日月光半導(dǎo)體、AMD、Arm、谷歌云、英特爾、Meta、微軟、高通、三星、臺(tái)積電，該聯(lián)盟董事會(huì)成員拓展到12家。阿里巴巴也成為首家加入U(xiǎn)CIe董事會(huì)的中國(guó)大陸企業(yè)。
UCIe定義了封裝內(nèi)Chiplet（芯粒或小芯片）之間的互連標(biāo)準(zhǔn)，以打造開放的芯粒生態(tài)系統(tǒng)并更好地支持芯片之間的高速互連。英特爾、AMD、英偉達(dá)等主流通用處理器供應(yīng)商與云廠商積極組建、加入U(xiǎn)CIe聯(lián)盟，也令Chiplet的生態(tài)漸行漸近。
通用處理器企業(yè)的技術(shù)儲(chǔ)備
如何在制程工藝之外開辟一條繼續(xù)提升處理器性能的道路，并使處理器功能更加定制化，覆蓋云服務(wù)、深度學(xué)習(xí)、元宇宙等層出不窮的高性能計(jì)算需求，已經(jīng)成為頭部芯片廠商進(jìn)行技術(shù)研發(fā)和儲(chǔ)備的重要考量。此次英偉達(dá)加入U(xiǎn)CIe董事會(huì)，也顯示出主流通用處理器廠商對(duì)Chiplet的重視。
各類先進(jìn)封裝市場(chǎng)營(yíng)收占比（2016-2022，單位：10億美元）
來源：Yole
對(duì)于英特爾而言，Chiplet是延續(xù)摩爾定律的技術(shù)路線和IDM 2.0戰(zhàn)略的重要組成。英特爾執(zhí)行副總裁兼數(shù)據(jù)中心與人工智能事業(yè)部總經(jīng)理Sandra Rivera表示，半導(dǎo)體行業(yè)的未來是將多個(gè)芯粒集成到一個(gè)封裝中，以實(shí)現(xiàn)跨細(xì)分市場(chǎng)的產(chǎn)品創(chuàng)新，這也是英特爾IDM 2.0戰(zhàn)略的重要一環(huán)。英特爾的3D Foveros封裝可以把不同計(jì)算功用的小芯片在垂直層面上進(jìn)行封裝，實(shí)現(xiàn)更小更簡(jiǎn)單的電路和更快的芯片互聯(lián)速度。結(jié)合英特爾的封裝微縮技術(shù)，F(xiàn)overos能進(jìn)一步縮短封裝凸點(diǎn)（裸芯片連接點(diǎn)）的間距，以提升芯片之間和總線的傳輸速率。
AMD也在基于Chiplet技術(shù)，推行模塊化的SoC設(shè)計(jì)理念。早在2019年發(fā)布的7nm Zen2架構(gòu)銳龍?zhí)幚砥髦校珹MD就采用了Chiplet設(shè)計(jì)，將不同工藝、不同架構(gòu)的芯片電路按需搭配，實(shí)現(xiàn)更加靈活的配置。AMD面向CPU與GPU互聯(lián)的Infinity架構(gòu)也在第四代版本中支持AMD IP和第三方小芯片的無縫集成。在GPU領(lǐng)域，AMD面向數(shù)據(jù)中心圖形的CDNA 3架構(gòu)在單個(gè)封裝中結(jié)合了5nm小芯片，面向游戲的5nm GPU架構(gòu)RDNA 3也融入了Chiplet設(shè)計(jì)，預(yù)計(jì)每瓦性能提升超50%。
“Chiplet的主要功能就是通過將單芯片中的功能塊分拆出來，通過模塊化封裝實(shí)現(xiàn)高集成度單芯片功能，可以用相對(duì)成熟的工藝制程去做、成本更低，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)更短的產(chǎn)品開發(fā)周期，實(shí)現(xiàn)更快的產(chǎn)品迭代。” 芯謀研究分析師張先揚(yáng)向《中國(guó)電子報(bào)》表示。
而向來專注GPU的英偉達(dá)，在近兩年推出DPU和Grace CPU之后，顯然也有了在異構(gòu)計(jì)算領(lǐng)域的布局需求。尤其Grace CPU在設(shè)計(jì)之初就充分考慮了與英偉達(dá)GPU的耦合，英偉達(dá)為此推出了提供“CPU+GPU一致性內(nèi)存模型”的NVLink技術(shù)。此次加入U(xiǎn)CIe聯(lián)盟董事會(huì)，顯示出英偉達(dá)進(jìn)一步提升GPU、CPU和DPU等芯片集成密度和配置靈活性的意向，未來或?qū)⑴c英特爾、AMD一樣，推出更多面向消費(fèi)電子和高性能計(jì)算的SoC產(chǎn)品。
云廠商融入Chiplet生態(tài)
自研服務(wù)器處理器乃至加速器，正在成為頭部云廠商的同步動(dòng)作。相比第三方的通用芯片，自研的定制化芯片能夠使硬件性能與云廠商各自的業(yè)務(wù)更加匹配，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)效能的提升。頭部云廠商還可以基于自身的業(yè)務(wù)特點(diǎn)和功能需求進(jìn)行IP的開發(fā)和儲(chǔ)備，進(jìn)而降低芯片的開發(fā)和部署成本。同時(shí)，定制化的芯片有利于云廠商形成軟硬件閉環(huán)，更好地保護(hù)客戶的數(shù)據(jù)安全。
來源：IDC
UCIe聯(lián)盟的創(chuàng)始成員谷歌云和本次加入董事會(huì)的阿里巴巴，都是“為云造芯”的行家里手。
谷歌研發(fā)的TPU被廣泛應(yīng)用于谷歌翻譯、搜索、相冊(cè)等產(chǎn)品以及圍棋機(jī)器人Alpha Go的學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練和計(jì)算加速。這種定制化的芯片針對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)的工作負(fù)載加速進(jìn)行了優(yōu)化，支持研究人員、開發(fā)者和企業(yè)構(gòu)建可使用CPU、GPU和TPU的TensorFlow（端到端開源機(jī)器學(xué)習(xí)平臺(tái)）計(jì)算集群。谷歌于2018年向云客戶開放了TPU的beta版本，其2021年發(fā)布的TPUv4 可通過4096個(gè)TPUv4單芯片組成的POD運(yùn)算集群釋放高達(dá)1exaflop（每秒10的18次方浮點(diǎn)運(yùn)算）的算力。
阿里巴巴在云端有著相對(duì)豐富的自研芯片品類。2021年，阿里巴巴旗下半導(dǎo)體公司平頭哥發(fā)布自研ARM服務(wù)器芯片倚天710，采用5nm工藝，含128核CPU，面向云場(chǎng)景的高并發(fā)、高性能和高能效需求進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。今年6月，阿里云發(fā)布自研CIPU，其定位是用于加速和管控計(jì)算資源的數(shù)據(jù)中心專用處理器，以進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)中心的計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)效率。
目前，阿里云已建立芯片、服務(wù)器、飛天操作系統(tǒng)等軟硬一體的自研基礎(chǔ)設(shè)施。
在不斷積累研發(fā)底蘊(yùn)的同時(shí)，云廠商要為客戶提供更加豐富且定制化的產(chǎn)品組合，就需要繼續(xù)拓展硬件的產(chǎn)品矩陣。
Chiplet不依賴先進(jìn)制程提升產(chǎn)品性能，且能夠兼容多種IP、芯片的特性，會(huì)讓云廠商的硬件開發(fā)更加靈活高效。
“Chiplet降低了云廠商的芯片設(shè)計(jì)門檻，能讓廠商更高效地把產(chǎn)品定義落實(shí)到芯片層面。” 開源證券副所長(zhǎng)、電子行業(yè)首席分析師劉翔向《中國(guó)電子報(bào)》表示。
而云廠商的加入，也讓Chiplet產(chǎn)業(yè)更緊密地結(jié)合用戶企業(yè)，有利于產(chǎn)業(yè)生態(tài)的成熟。
“云服務(wù)廠商對(duì)高性能計(jì)算芯片需求不斷攀升，高性能計(jì)算和數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)對(duì)異構(gòu)集成有著明確的需求。在市場(chǎng)需求的推動(dòng)下，Chiplet生態(tài)將進(jìn)一步加速完善。”賽迪顧問集成電路產(chǎn)業(yè)研究中心總經(jīng)理滕冉向《中國(guó)電子報(bào)》指出。
Chiplet生態(tài)標(biāo)準(zhǔn)需持續(xù)完善
從云服務(wù)廠商、芯片代工廠、系統(tǒng)原始設(shè)備制造商、芯片IP供應(yīng)商和芯片設(shè)計(jì)公司紛紛加入U(xiǎn)CIe聯(lián)盟，不難看出計(jì)算產(chǎn)業(yè)對(duì)于Chiplet標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)和生態(tài)構(gòu)建的期許。UCIe聯(lián)盟主席Debendra Das Sharma表示，目前已經(jīng)有超過60家企業(yè)加入了聯(lián)盟。
UCIe等標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，讓Chiplet能夠結(jié)合計(jì)算產(chǎn)業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)的需求，更好地優(yōu)化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前來看，UCIe的技術(shù)指標(biāo)還有進(jìn)一步提升的空間。
“UCle集聚了一批產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)，并推動(dòng)他們與用戶企業(yè)聯(lián)合，可以更快推動(dòng)Chiplet技術(shù)的發(fā)展。目前UCle標(biāo)準(zhǔn)可以實(shí)現(xiàn)的時(shí)延遲和傳輸性能還有很大的進(jìn)步空間，以蘋果為例，UCle對(duì)比蘋果的Chiplet技術(shù)能力，還有較大差距。Chiplet封裝的工藝也需要不斷完善以實(shí)現(xiàn)更高的產(chǎn)品性能。”張先揚(yáng)說。
同時(shí)，人工智能、虛擬仿真、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，使高性能計(jì)算不斷涌現(xiàn)新的需求和場(chǎng)景，Chiplet的行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)也需要與時(shí)俱進(jìn)，覆蓋更多場(chǎng)景需求。
“目前大型芯片企業(yè)都推出了基于Chiplet的產(chǎn)品，但各家廠商的互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)都是私有協(xié)議，限制了不同企業(yè)的Chiplet的融合使用，提升了行業(yè)進(jìn)入門檻。UCIe聯(lián)盟的建立意在打造Chiplet通用互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，提供高帶寬、低延遲、高性價(jià)比的芯片封裝連接。在標(biāo)準(zhǔn)制定方面，Chiplet技術(shù)還在不斷演進(jìn)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)需要緊跟技術(shù)發(fā)展、市場(chǎng)需求的變化動(dòng)態(tài)調(diào)整。” 滕冉說。
作者丨張心怡
編輯丨邱江勇
美編丨馬利亞
監(jiān)制丨連曉東
