隨著每一代新一代芯片增加晶體管密度變得越來越困難，因此芯片制造商正在尋找其他方法來提高處理器的性能，其中包括架構(gòu)創(chuàng)新、更大的芯片尺寸、多芯片設(shè)計(jì)，甚至晶圓級(jí)芯片，比如 Cerebras 的 WSE 系列 AI 芯片。

近日，中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所的科學(xué)家們也推出了一款先進(jìn)基于 RISC-V 架構(gòu)的 256 核多芯片，并計(jì)劃將該設(shè)計(jì)擴(kuò)展到 1,600 核，以創(chuàng)造整個(gè)晶圓大小的芯片，以作為一個(gè)計(jì)算設(shè)備。

據(jù) The Next Platform 報(bào)道，中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所的科學(xué)家在《基礎(chǔ)研究》雜志最近發(fā)表的一篇文章中介紹了一種先進(jìn)的 256 核多芯片計(jì)算復(fù)合體，名為 " 浙江大芯片 "。

據(jù)介紹，該芯片設(shè)計(jì)由 16 個(gè)小芯片組成，每個(gè)小芯片包含 16 個(gè) RISC-V 內(nèi)核，并使用片上網(wǎng)絡(luò)以傳統(tǒng)的對(duì)稱多處理器 ( SMP ) 方式相互連接，以便小芯片可以共享內(nèi)存。每個(gè)小芯片都有多個(gè)芯片到芯片接口，可通過 2.5D 中介層連接到相鄰的小芯片，研究人員表示，該設(shè)計(jì)可擴(kuò)展到 100 個(gè)小芯片，或 1,600 個(gè)內(nèi)核。

據(jù)報(bào)道，" 浙江大芯片 " 基于 Chiplet 架構(gòu)設(shè)計(jì)，采用 22 納米級(jí)工藝技術(shù)制造，目前還不確定使用中介層互連并在 22 納米生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)上制造的 1,600 個(gè)核心組件會(huì)消耗多少功率。不過，由于延遲的減少，這將極大地優(yōu)化其功耗和性能。

論文探討了光刻和 Chiplet 技術(shù)的局限性，并討論了這種新架構(gòu)滿足未來計(jì)算需求的潛力。研究人員指出，多芯片設(shè)計(jì)可用于構(gòu)建百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)的處理器，AMD 和英特爾目前正在做這件事。

研究人員寫道：" 對(duì)于當(dāng)前和未來的百億億次計(jì)算，我們預(yù)測(cè)分層 chiplet 架構(gòu)將是一種強(qiáng)大而靈活的解決方案。" " 分層 chiplet 架構(gòu)被設(shè)計(jì)為具有多個(gè)內(nèi)核和許多具有分層互連的小芯片。在 chiplet 內(nèi)部，內(nèi)核使用超低延遲互連進(jìn)行通信，而小芯片之間則以受益于先進(jìn)封裝技術(shù)的低延遲互連，從而可以最大限度地減少這種高可擴(kuò)展性系統(tǒng)中的小芯片延遲和 NUMA 效應(yīng) "。

與此同時(shí)，研究人員建議對(duì)此類組件使用多級(jí)內(nèi)存層次結(jié)構(gòu)，這可能會(huì)給此類設(shè)備的編程帶來困難。

" 內(nèi)存層次結(jié)構(gòu)包含核心內(nèi)存 [ 緩存 ] 、芯片內(nèi)內(nèi)存和芯片外內(nèi)存，" 描述中寫道。" 這三個(gè)級(jí)別的內(nèi)存在內(nèi)存帶寬、延遲、功耗和成本方面有所不同。在分層 chiplet 架構(gòu)的概述中，多個(gè)核心通過交叉交換機(jī)連接并共享緩存。這形成了 pod 結(jié)構(gòu)，并且 pod 通過 chiplet 內(nèi)網(wǎng)絡(luò)互連，多個(gè) pod 組成一個(gè) chiplet，chiplet 通過 chiplet 間網(wǎng)絡(luò)互連，然后連接到片外存儲(chǔ)器，需要仔細(xì)設(shè)計(jì)才能充分利用這種層次結(jié)構(gòu)合理利用內(nèi)存帶寬來平衡不同計(jì)算層次的工作量可以顯著提高 chiplet 系統(tǒng)效率。正確設(shè)計(jì)通信網(wǎng)絡(luò)資源可以保證 chiplet 協(xié)同執(zhí)行共享內(nèi)存任務(wù)。

大芯片設(shè)計(jì)還可以利用光電計(jì)算、近內(nèi)存計(jì)算和 3D 堆棧內(nèi)存等技術(shù)。然而，論文沒有提供這些技術(shù)實(shí)施的具體細(xì)節(jié)，也沒有解決它們?cè)谠O(shè)計(jì)和構(gòu)建此類復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)可能帶來的挑戰(zhàn)。