关于Chiplet的一些实践和思考

2020-02-19 17:09:37 来源: Sophie

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来源：内容由半导体行业观察（icbank）编译自「 IEEE 」，谢谢。

过去几十年来，行业的一个趋势是越来越多的计算机系统被集成到单个芯片上。这就形成了现在为智能手机和服务器提供支持的片上系统的形态。但是，芯片设计的复杂性和成本开始改变了人们将所有功能都集成到单个硅片上的想法。

已经有一些最先进的处理器，例如AMD的Zen 2处理器系列，实际上是通过单个封装中的高带宽连接将小芯片（chiplet）绑定在一起的集合。本周在旧金山举行的IEEE固态电路会议（ISSCC）上，法国研究机构CEA-Leti展示了该方案可以走多远——用六个小芯片创建了一个96核处理器。

CEA-Leti芯片（需要一个更好的词）将六个16核小芯片堆叠在一个称为有源中介层（interposer）的薄硅片上。据介绍，在中介层包含了稳压电路和将内核的片上存储器各个部分链接在一起的网络。 CEA-Leti的科学主管Pascal Vivet表示，如果要允许将不同的技术和多个小芯片供应商集成到系统中，那么中介层是小芯片技术的最佳选择。

他说： “如果要将卖方A的小芯片与卖方B的小芯片集成在一起，并且它们的接口不兼容，则需要一种将它们粘合（glue）在一起的方法。 ” “并且将它们粘合在一起的唯一方法是使用中介层中的有源电路。 ”

该中介层具有片上网络，该片上网络使用三种不同的通信电路来链接内核的片上SRAM存储器。存取最快的存储器称为L1和L2高速缓存，它们是直接链接在一起，两者之间没有其他电路。高速缓存连接的下一个最高级别，即L2到L3，以及中介层中都需要内置一些网络智能设备，L3高速缓存和片外存储器之间的链接也是如此。综上所述，该系统每秒钟可传送3 TB的数据。

中介层还装有通常在处理器本身上发现的电压调节系统。处理器通常使用称为低压差稳压器的电路来调节其电压电平并节省功率。 Vivet的团队选择了更省电的电路，称为开关电容器稳压器。这些电路的通常缺点是它们需要占用空间的片外电容器。 Vivet解释说，但是中介层有足够的空间来集成电容器。这个系统帮助该芯片实现了每平方毫米156毫瓦的功耗。

小芯片发烧友们希望重新构建片上系统行业，以便借助标准化接口，可以轻松整合多个供应商的小芯片。如果这实现了，将能获得更便宜，更灵活的混合搭配系统。

但是这在行业还不存在。与CEA-Leti的原型不同，依靠小芯片的商业系统使用的硅中介层没有嵌入有源电路。许多系统甚至不使用硅，而是依靠有机电路板材料或嵌入有机板中的小块硅片。

这些不是简单的混合匹配系统，而是在小芯片和集成它们的封装之间需要大量的codesign。尽管如此，结果还是值得期待的。

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