Chiplet的意义:超越摩尔定律!

来源:内容来自半导体行业观察综合,谢谢。

自从Chiplet成为半导体行业中讨论的话题以来,就如何谈论Chiplet一直存在着争执。看到有文章声称Chiplet代表了某种新进展,这将使我们回到理想化微缩和更高性能生成的时代。

但这个框架有两个问题。首先,虽然这不是完全错误,但它过于简单,并且模糊了Chiplet与摩尔定律之间关系的一些重要细节。其次,严格按照摩尔定律推动Chiplet时,忽略了一些关于如何在将来使用它们的最令人振奋的想法。

Chiplet的必要性

计算的历史就是功能集成的历史。集成电路这个名字使人想起了通过将电路组件靠得更近来提高计算机性能的悠久历史。FPU,CPU高速缓存,内存控制器,GPU,PCIe通道和I / O控制器只是曾经相互分离的组件中的一部分,这些组件现在通常集成在芯片上。

通过将曾经单片的芯片分成独立的功能块,Chiplet从根本上扭转了这种趋势,这取决于这些块进一步缩放的程度。在AMD的情况下,I / O功能和芯片的DRAM通道建立在GF的14nm芯片上(使用12nm设计规则),而包含CPU内核和L3高速缓存的实际Chiplet在TSMC的新节点上按比例缩小。

在7nm之前,我们不需要Chiplet,因为保持整个芯片的统一性比将其拆分更有价值。

那么Chiplet是否通过将精力集中在最需要的地方来改善缩放比例?答案是肯定的。

那么这是我们以前所不需要采取的额外步骤吗?答案也同样是肯定的

Chiplet既是关于优秀工程师如何找到改善性能的新方法的证明,也是关于如何持续提高性能需要以不必要的方式折衷的演示。即使他们允许企业加速计算密度提高,他们仍然只应用这些改进部分的东西通常被认为是一个CPU。

另外,请记住,不断增加的晶体管密度在没有相应降低功耗的情况下效果有限。更高的晶体管密度也不可避免地意味着在芯片上出现性能受限热点的机会更大。

Chiplet:超越摩尔定律

我个人认为,Chiplet最有趣的功能与其驱动未来密度缩放的能力无关。我很好奇我们是否看到公司在同一CPU中部署由不同类型的半导体制成的Chiplet。诸如III-V半导体之类的不同材料的集成可以允许在将来的设计中通过光学互连来处理Chiplet之间的通信,或者允许将具有一组标准CPU内核的常规Chiplet与例如基于氮化镓的基于自旋电子学的芯片。

我们不使用硅,因为它是性能最高的晶体管材料。我们之所以使用硅,是因为它价格合理,易于使用,并且没有任何严重的缺陷会限制其在任何特定应用中的用途。Chiplet的最佳功能可能是,它们可以使像Intel或AMD这样的公司在采用新材料进行硅工程设计时承担较小的风险,而不会在整个过程中下注。

设想一个场景,英特尔或AMD希望引入一个基于chiplet的CPU,该CPU具有四个采用InGaAs(砷化铟镓)之类的超高性能内核,以及16个基于改良但传统的硅内核。如果InGaAs项目失败,则不会浪费在芯片其余部分上的工作,并且两家公司都不会从头开始从事整个CPU设计。

在同一SoC中针对不同类型的材料和用例优化Chiplet设计的想法是对创建Chiplet本身的专业化趋势的逻辑延伸。据我所知,英特尔甚至在以前从未讨论过使用InGaAs等III-V半导体,直到2015年。

我认为,关于Chiplet,最令人兴奋的事情不是它们提供了一种保持封装晶体管的方法。这是因为它们可以使公司有更大的自由度来尝试新材料和工艺流程,从而加快性能或提高电源效率,而无需他们在整个SoC上同时部署这些技术。Chiplet只是公司如何重新思考传统的产品制造方法的一个例子,该方法旨在通过较小的制造节点来提高性能。摆脱PC主板或使用晶圆级处理的想法构建超高性能处理器是同一概念的不同应用:以不直接与摩尔定律相关的方式彻底改变我们对系统先入为主的看法。

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