摩爾定律發(fā)展至今已有50年，在這50年間，不斷有人唱衰，甚至有人提出“摩爾定律已死”的觀點(diǎn)。

　　芯片制造商已經(jīng)使用了各種手段來跟上摩爾定律的步伐，譬如增加更多的核心，驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部的線程，以及利用各種加速器。但還是無法避免摩爾定律的加倍效應(yīng)已經(jīng)開始放緩的事實(shí)，不斷地縮小芯片的尺寸總會(huì)有物理極限：在同等面積大小的區(qū)域里，擠進(jìn)越來越多的硅電路，漏電流增加、散熱問題大、時(shí)鐘頻率增長(zhǎng)減慢等問題難以解決。所以，有唱衰的言論自然不算奇怪。

　　那我們先來看一下到底什么是“摩爾定律”。摩爾定律是以英特爾聯(lián)合創(chuàng)始人戈登·摩爾(Gordon Moore)的名字命名的。他曾在1965年時(shí)提出，半導(dǎo)體芯片上集成的晶體管和電阻數(shù)量將每年增加一倍。1975年，他又根據(jù)當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況對(duì)摩爾定律進(jìn)行了修正，把"每年增加一倍"改為了"每?jī)赡暝黾右槐?quot;。

　　最近有文章指出，某種技術(shù)似乎可以解決摩爾定律失效。Marvell公司網(wǎng)絡(luò)首席技術(shù)官兼高級(jí)主管Yaniv Kopelman就曾說過：“明年你會(huì)聽到更多關(guān)于chiplet的消息。chiplet是解決摩爾定律死亡的好方法。三年前，我們?cè)谝慌_(tái)交換機(jī)上實(shí)現(xiàn)了這個(gè)方法，我們一直在內(nèi)部產(chǎn)品線中重用技術(shù)?！?/p>

　　圈出重點(diǎn)詞匯“chiplet”，這一項(xiàng)技術(shù)真的可行嗎？與非網(wǎng)小編這就來大家走進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)。

　　chiplet定義

　　說到底就是小芯片，你可以把它們想象成高科技的樂高積木。首先將復(fù)雜功能進(jìn)行分解，然后開發(fā)出多種具有單一特定功能，可相互進(jìn)行模塊化組裝的“小芯片”（chiplet），如實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)流管理等功能，并最終以此為基礎(chǔ)，建立一個(gè)“小芯片”的芯片網(wǎng)絡(luò)。

　　芯片網(wǎng)絡(luò)是什么？

　　未來的電腦系統(tǒng)可能只包含一個(gè)CPU芯片(chiplet)和幾個(gè)GPU，這些GPU都連接到這個(gè)chiplet芯片上，形成芯片網(wǎng)絡(luò)。

　　chiplet的作用

　　chiplet可以將不同的計(jì)算機(jī)元件集成在一塊硅片上，來實(shí)現(xiàn)更小更緊湊的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

　　未來計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可能不是由單獨(dú)封裝的芯片制造的，而是在一塊較大的硅片上互連成芯片網(wǎng)絡(luò)的IC制造的。

　　IC即集成電路(integrated circuit)是一種微型電子器件或部件。采用一定的工藝,把一個(gè)電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu)；其中所有元件在結(jié)構(gòu)上已組成一個(gè)整體，使電子元件向著微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面邁進(jìn)了一大步。它在電路中用字母IC表示。

　　新的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　未來的電腦，集成度更高，可能在電路板上，更多的分立元件將消失，插來插去的元件會(huì)越來越少。

　　chiplet還提供了一種方法，以最小化建設(shè)與尖端晶體管技術(shù)的挑戰(zhàn)。最新、最大、最小的晶體管也是設(shè)計(jì)和制造最棘手和最昂貴的。在由芯片構(gòu)成的處理器中，這種尖端技術(shù)可以留給投資回報(bào)最豐厚的設(shè)計(jì)部分。其他芯片可以使用更可靠、更可靠和更便宜的技術(shù)制造。較小的硅片本身也不太容易產(chǎn)生制造缺陷。

　　AMD在去年測(cè)試了chiplet，使用一個(gè)名為Epyc的服務(wù)器處理器，通過捆綁四個(gè)芯片來制造。這可以幫助AMD的芯片向存儲(chǔ)器和其他組件提供更多的數(shù)據(jù)帶寬，而不是與英特爾的服務(wù)器芯片進(jìn)行更傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)競(jìng)爭(zhēng)。他的工程師們估計(jì)，如果把Epyc做成單個(gè)的大芯片，制造成本幾乎會(huì)翻倍。

　　按照規(guī)劃，這個(gè)新形態(tài)的產(chǎn)品可以讓數(shù)據(jù)移動(dòng)得更快，更自由，且能制造更小，更便宜，集成度更緊密的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

　　英特爾已經(jīng)開始推出自己的模塊化設(shè)計(jì)。其中之一展示了chiplet如何不僅僅用于高端服務(wù)器芯片，而且可能最終出現(xiàn)在您的下一臺(tái)筆記本電腦中。

　　Pentagon也在基于chiplet進(jìn)行樂高芯片制造策略，這是價(jià)值15億美元的研究項(xiàng)目的一部分，該項(xiàng)目名為“電子復(fù)興計(jì)劃”（Electronics Resurgence Initiative），試圖在摩爾定律逐漸消失的同時(shí)，維持計(jì)算技術(shù)的進(jìn)步。

　　當(dāng)然，到目前為止，只有Marvell將這一概念用于商業(yè)用途，而且這一概念僅適用于其基于模塊化芯片（MoChi）架構(gòu)的芯片。從那時(shí)起，三個(gè)不同的計(jì)劃已經(jīng)開啟，分別涉及到DARPA；IEEE與SEMI合作的國(guó)際器件與系統(tǒng)路線圖；以及一系列公司，包括Netronome、Achronix、Kandou Bus、GlobalFoundries、NXP、Sarcina Technology和SiFive。Leti和Fraunhofer等機(jī)構(gòu)也在歐洲開展工作。

　　三年前，Marvell推出了基于Kandou互連結(jié)構(gòu)的MoChi架構(gòu)。從那時(shí)起，由于器件微縮成本的上升，以及AI算法、汽車芯片、5G等新市場(chǎng)幾乎不變的流量的推動(dòng)下，其他公司開始積極參與其中。

　　今后的挑戰(zhàn)

　　1、創(chuàng)建一個(gè)由多家公司開發(fā)硬IP的基礎(chǔ)設(shè)施并不是一件輕而易舉的事情。而且，由于芯片是由多家公司在多個(gè)地區(qū)開發(fā)的，這就變得更加困難。有時(shí)會(huì)出現(xiàn)語言問題，對(duì)可靠性、安全性和靜電/接近效應(yīng)的描述在某些應(yīng)用中可能需要比其他應(yīng)用更精確。

　　2、每次添加新器件時(shí)，復(fù)雜性都會(huì)增加兩到三倍。

　　3、還有其他問題是芯片之間的接合。由于成本的原因，接合需要壓過有機(jī)襯底（run over an organic substrate），而不是使用interposer（內(nèi)插層）。第二個(gè)問題涉及分區(qū)。

　　4、 “當(dāng)你設(shè)計(jì)chiplet時(shí)，有時(shí)你會(huì)在中間分割I(lǐng)P。我們面臨的挑戰(zhàn)是在哪里進(jìn)行裁剪，以及如何開發(fā)允許這種裁剪的體系結(jié)構(gòu)。對(duì)于交換機(jī)或CPU，主要關(guān)注的是組件的延遲。另一個(gè)問題是將所有這些投入生產(chǎn)。在演示中構(gòu)建IP很容易，但要實(shí)現(xiàn)適合生產(chǎn)的IP還有很長(zhǎng)的路要走。它需要通過ESD、熱、冷和各種流程的測(cè)試。這需要大量的工作，而且需要時(shí)間?！?/p>

　　chiplet玩家

　　DARPA的CHIPS（通用異構(gòu)整合和IP重用策略）計(jì)劃贏得了波音、洛克希德、諾斯洛普·格魯門、英特爾、美光、Cadence、Synopsys等公司的支持，用于商業(yè)和軍事/航空應(yīng)用。同樣，SEMI和IEEE也在推廣更快整合的共同路線圖，西門子的Mentor事業(yè)部已經(jīng)建立了一個(gè)可以在這方面提供幫助的封裝流程。

　　但要將這一點(diǎn)提高到主流商業(yè)水平還有很長(zhǎng)的路要走。

　　在此基礎(chǔ)上，需要開發(fā)工具和方法，使所有這些都能發(fā)揮作用。雖然較小的芯片相比于較大的芯片有更好的產(chǎn)量，但當(dāng)這些芯片被封裝在一起時(shí)，有許多事情可能會(huì)出錯(cuò)。一個(gè)壞的chiplet會(huì)殺死整個(gè)封裝。此外，芯片或模組在封裝、測(cè)試甚至運(yùn)輸過程中都可能受到損壞，如果涉及多個(gè)芯片，則損壞的成本會(huì)更高。

　　工具在配置這些器件時(shí)提供了更多一致性。它們還可以減少設(shè)計(jì)中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤，特別是當(dāng)復(fù)雜性超過人腦在多維空間中映射所有可能的交互和電氣影響的能力時(shí)。

　　工具從EDA的規(guī)劃方面開始，但它會(huì)繼續(xù)到制造的檢查和測(cè)試階段。在某些情況下，工具驅(qū)動(dòng)方法，在某些情況下，情況正好相反。但是一旦這個(gè)基礎(chǔ)建立起來，它就為改進(jìn)工藝、降低成本和試驗(yàn)新的可能性（例如內(nèi)部裸片間的硅光子學(xué)）提供了回旋余地。

　　雖然光子學(xué)已經(jīng)出現(xiàn)了一段時(shí)間，但它主要用于各種類型的服務(wù)器和大型數(shù)據(jù)中心的存儲(chǔ)。將其放入封裝中將對(duì)性能、延遲和與熱相關(guān)的影響產(chǎn)生重大影響。但在這一點(diǎn)上，以有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格在商業(yè)規(guī)模上推出這一產(chǎn)品的速度有多快還是個(gè)未知數(shù)。

　　盡管如此， chiplet的發(fā)展勢(shì)頭非常強(qiáng)勁，在過去一年的技術(shù)會(huì)議上，許多關(guān)于chiplet的討論都提到了光子學(xué)作為未來的發(fā)展方向。

　　結(jié)論

　　商用chiplet至少還需要幾年的時(shí)間。它已被證明在有限的應(yīng)用中有效，而且隨著時(shí)間的推移，很有可能芯片工業(yè)的很大一部分將會(huì)朝這個(gè)方向發(fā)展。但仍有一些問題需要解決，這需要許多公司而不僅僅是少數(shù)公司的努力。