Будет ли внедрение чиплетов имитировать внедрение IP? - Semiwiki

Переиздано Платоном

Читают: 0

Если мы посмотрим на развитие полупроводниковой промышленности за последние 25 лет, внедрение IP-дизайна в каждом приложении окажется одним из основных факторов успеха, поскольку кремниевая технология невероятно развилась в 100 раз, с 250 нм в 2018 году до 3 нм (если а не 2 нм) в 2023 году. Мы прогнозируем, что переход к архитектуре на основе чиплетов вскоре сыграет ту же роль, которую архитектура на основе чипов SoC и массовое использование IP-проектирования сыграли в 2000-х годах.

Вопрос в том, как точно предсказать сроки внедрения чиплетов и что станет ключевым фактором этой революции. Посмотрим, может ли распространение теории инноваций помочь уточнить прогноз и определить, какой тип приложения будет движущей силой. Стандартные спецификации протокола межчипового соединения, обеспечивающие быстрое внедрение в отрасли и быстрое внедрение таких приложений, как IA или процессор приложений для смартфонов, кажутся главным фактором, но эффективность инструментов EDA или упаковка новых технологий и создание специализированных фабрик, среди прочего, безусловно, являются ключевыми.

Введение: появление технологии чиплетов

В течение десятилетия 2010 года преимущества закона Мура начали разваливаться. Закон Мура гласил, что плотность транзисторов удваивается каждые два года, а стоимость вычислений будет сокращаться на соответствующие 50%. Изменение закона Мура связано с увеличением сложности конструкции и эволюцией структуры транзисторов от плоских устройств до финфетов. Для литографии финфетам требуется многократное нанесение рисунка, чтобы размеры устройств были ниже 20-нм узлов.

В конце этого десятилетия потребности в вычислительных ресурсах резко возросли, в основном из-за распространения центров обработки данных и объема генерируемых и обрабатываемых данных. Фактически, внедрение искусственного интеллекта (ИИ) и таких методов, как машинное обучение (ML), теперь используется для обработки постоянно растущего объема данных и привело к тому, что серверы значительно увеличили свою вычислительную мощность. На серверах добавлено гораздо больше ядер ЦП, интегрированы более крупные графические процессоры, используемые исключительно для машинного обучения, которые больше не используются для графики, а также встроены специальные ускорители искусственного интеллекта ASIC или дополнительная обработка искусственного интеллекта на основе FPGA. Ранние конструкции чипов искусственного интеллекта были реализованы с использованием более крупных монолитных SoC, некоторые из них достигали ограничения по размеру, налагаемого сеткой, около 700 мм.².

На данный момент правильным решением кажется разделение на более мелкие SoC плюс различные вычислительные чиплеты и чипсеты ввода-вывода. Некоторые производители чипов, такие как Intel, AMD или Xilinx, выбрали этот вариант для продуктов, поступающих в производство. В превосходном информационном документе The Linley Group «Чиплеты быстро внедряются: почему большие чипы становятся маленькими» было показано, что этот вариант приводит к меньшим затратам по сравнению с монолитными SoC из-за влияния большего размера на доходность. Эти производители микросхем разработали однородные чиплеты, но появление и принятие стандарта межсоединений, такого как Universal Chiplet Interconnect Express (UCIe) IP, облегчает внедрение гетерогенных чиплетов.

Эволюция новых, более быстрых стандартов протоколов ускоряется, поскольку отрасль продолжает требовать более высокой производительности. К сожалению, различные стандарты не синхронизированы одной организацией. Новые стандарты PCIe могут появиться на год (или более) раньше или позже нового стандарта протокола Ethernet. Использование гетерогенной интеграции позволяет поставщикам микросхем адаптироваться к быстро меняющемуся рынку, изменяя только конструкцию соответствующего чиплета. Учитывая, что производство передовой конструкции SoC требует огромных капитальных затрат на 5-, 4- или 3-нм технологические узлы, влияние архитектуры чиплетов на стимулирование будущих инноваций в области полупроводников огромно.

Гетерогенная конструкция микросхем позволяет нам ориентироваться на различные приложения или сегменты рынка, изменяя или добавляя только соответствующие микросхемы, сохраняя при этом остальную часть системы неизменной. Новые разработки можно будет вывести на рынок быстрее и со значительно меньшими инвестициями, поскольку изменение дизайна повлияет только на подложку корпуса, используемую для размещения чиплетов. Например, вычислительный чиплет может быть переработан с 5-нм TSMC на 3-нм TSMC для интеграции большего кэша L1 или более производительного ЦП или количества ядер ЦП, сохраняя при этом остальную часть системы неизменной. Чиплет, интегрирующий SerDes, можно перепроектировать для более высоких скоростей на новых узлах процесса, предлагая большую пропускную способность ввода-вывода для лучшего позиционирования на рынке.

Использование гетерогенного чиплета улучшит время выхода на рынок (TTM) при обновлении системы, позволяя повторно использовать часть системы без изменений, если она разработана на чиплете. Это также будет способом минимизировать затраты при хранении некоторых функциональных чиплетов на менее продвинутых узлах, дешевле, чем самые продвинутые. Но главный вопрос — спрогнозировать, когда технология чиплетов создаст значительный сегмент рынка полупроводников? Мы рассмотрим историю внедрения IP, поскольку чиплеты и IP схожи, и чтобы добиться успеха, им обоим необходимо преодолеть синдром NIH. Мы выделим основные причины внедрения чиплетов и построим прогноз, используя теорию инноваций и определенную категорию (новаторы, ранние последователи и т. д., см. рисунок ниже).

Рисунок 1. Теория инноваций (напоминание)

Мы рассмотрим внедрение IP-процессоров ARM с 1991 по 2018 год и историю внедрения IP с 1995 по 2027 год и проверим, насколько этот уровень внедрения соответствует теории инноваций.

Мы объясним, почему будет расти внедрение чиплетов, рассмотрев технологические и маркетинговые причины:

От SoC на базе IP к системе на базе чиплетов
Функциональная совместимость благодаря предпочтительному стандарту протокола межсетевого взаимодействия чиплетов.
Объясняем, почему высококлассный IP-интерфейс имеет ключевое значение для внедрения чиплетов
Проблемы, связанные с дизайном, которые необходимо решить.
И последнее, но не менее важное: инвестиции литейного производства.

Наконец, мы можем построить предварительный прогноз внедрения чиплетов, основанный на теории инноваций. Стоит отметить, что отрасль только что перешла в фазу «ранних пользователей», увидев многочисленных поставщиков IP и чиплетов, обслуживающих высокопроизводительные вычисления и искусственный интеллект.

Если вы загрузите технический документ, вам понравится весь текст и многочисленные изображения, некоторые из которых созданы специально для этой работы.

By Эрик Эстев Кандидат наук, аналитик, владелец IPnest

Alphawave спонсировала создание этого официального документа, но мнения и анализ принадлежат автору. Статью можно найти здесь:

https://awavesemi.com/resource/will-chiplet-adoption-to-mimic-ip-adoption/