異構(gòu)集成2023，來(lái)自英特爾研究院的猜想

2022堪稱Chiplet發(fā)展元年。自3月Chiplet標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟（UCIe）成立以來(lái)，AMD、英特爾、AWS等行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)均在其數(shù)據(jù)中心CPU上采用了Chiplet技術(shù)并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。2022年12月，我國(guó)首個(gè)原生Chiplet技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)正式通過(guò)了工信部電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會(huì)的審定并發(fā)布，意味著我國(guó)也正在積極推動(dòng)Chiplet生態(tài)建設(shè)。在今年11月舉行的世界集成電路大會(huì)上，諸多企業(yè)將異構(gòu)集成、Chiplet技術(shù)的發(fā)展作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。

2023年Chiplet小芯片技術(shù)將實(shí)現(xiàn)怎樣的發(fā)展？為此，《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪了英特爾研究院副總裁、英特爾中國(guó)研究院院長(zhǎng)宋繼強(qiáng)。在他看來(lái)，推動(dòng)異構(gòu)集成領(lǐng)域生態(tài)伙伴采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)將是2023年行業(yè)內(nèi)發(fā)展的關(guān)鍵。

英特爾研究院副總裁、英特爾中國(guó)研究院院長(zhǎng)宋繼強(qiáng)在接受《中國(guó)電子報(bào)》采訪

異構(gòu)計(jì)算需求仍盛

“2022年我們感受到了需求放緩的壓力，2023年應(yīng)該是逐漸恢復(fù)期。”針對(duì)2023年半導(dǎo)體行業(yè)的市場(chǎng)，宋繼強(qiáng)仍繼續(xù)看好CPU、GPU市場(chǎng)的需求量。在宋繼強(qiáng)看來(lái)，當(dāng)前社會(huì)仍處于數(shù)字化轉(zhuǎn)型階段，不論是人工智能技術(shù)，還是元宇宙、數(shù)字孿生帶來(lái)的新興市場(chǎng)應(yīng)用，都將帶來(lái)云端、邊緣端和終端的算力需求，而此類(lèi)需求都離不開(kāi)GPU、CPU作為支撐。另外，AI、數(shù)據(jù)中心等應(yīng)用中還需要專用處理器。未來(lái)在一個(gè)系統(tǒng)中，很難用一種類(lèi)型的處理器、一種類(lèi)型的硬件解決問(wèn)題，異構(gòu)計(jì)算的需求便應(yīng)運(yùn)而生。

“整個(gè)市場(chǎng)對(duì)人工智能、智能駕駛等未來(lái)新業(yè)務(wù)的需求日益增多。人工智能相關(guān)芯片，圖形化、虛擬化相關(guān)芯片都將有更高的市場(chǎng)需求?！彼卫^強(qiáng)表示，上述領(lǐng)域?qū)?lái)巨大的市場(chǎng)需求量，同時(shí)每個(gè)芯片中集成的晶體管數(shù)量也大幅上升。單芯片所需的晶體管數(shù)量增多將帶來(lái)兩個(gè)問(wèn)題：其一，芯片面積不可能過(guò)大，所以要繼續(xù)采用異構(gòu)集成的方式，通過(guò)多芯片組合解決問(wèn)題；其二，芯片能耗上升，需要在架構(gòu)層面優(yōu)化其能效比。

關(guān)于異構(gòu)計(jì)算在2023年的市場(chǎng)表現(xiàn)，宋繼強(qiáng)認(rèn)為：“在2023年，大家已經(jīng)完全接受了要通過(guò)異構(gòu)計(jì)算解決未來(lái)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化問(wèn)題。在2020年的時(shí)候，市場(chǎng)還在討論異構(gòu)集成是怎么一回事。而在2023年，大家都會(huì)基于功能的有效性、設(shè)計(jì)的難易程度、成本等方面的考量，自覺(jué)采用異構(gòu)計(jì)算的方式?！痹谒卫^強(qiáng)看來(lái)，用更先進(jìn)的工藝提高整個(gè)芯片面積上晶體管密度已經(jīng)成為業(yè)界普遍認(rèn)知?；诖?，宋繼強(qiáng)認(rèn)為，2023年將會(huì)有很多廠商基于異構(gòu)計(jì)算的設(shè)計(jì)思路研發(fā)新產(chǎn)品。

根據(jù)Gartner數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，基于Chiplet的半導(dǎo)體器件銷(xiāo)售收入在2020年僅為33億美元，2022年已超過(guò)100億美元，預(yù)計(jì)2023年將超過(guò)250億美元，2024年將達(dá)到505億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率高達(dá)98%。

Chiplet期待更廣泛的行業(yè)合作

要實(shí)現(xiàn)異構(gòu)計(jì)算，首先要考慮的是怎么把不同種類(lèi)的硬件組裝起來(lái)，這就需要通過(guò)先進(jìn)封裝技術(shù)，借助UCIe等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，將不同廠商、不同工藝節(jié)點(diǎn)的硬件整合起來(lái)。有了硬件基礎(chǔ)后，還需要考量軟件調(diào)動(dòng)硬件的能力?！癈PU、GPU、FPGA、AI專用加速器等采用的是不同的處理器架構(gòu)和編程模型。采用異構(gòu)集成的處理器如何調(diào)動(dòng)不同的功能單元，以及如何設(shè)計(jì)使功能單元變化時(shí)軟件無(wú)需經(jīng)常修改，這需要業(yè)界的通力合作?！彼卫^強(qiáng)表示。

當(dāng)前，如何實(shí)現(xiàn)不同廠商提供的芯粒的互聯(lián)互通還存在很大挑戰(zhàn)。宋繼強(qiáng)表示，這其中的挑戰(zhàn)在于：其一，各廠商需要確定將在哪些層面實(shí)現(xiàn)相互測(cè)試，達(dá)成互聯(lián)互測(cè)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；其二，設(shè)計(jì)廠商與制造商需要進(jìn)行通力合作，設(shè)計(jì)產(chǎn)品所需的硬件IP。

針對(duì)行業(yè)合作在Chiplet技術(shù)應(yīng)用中的重要性，宋繼強(qiáng)作了一個(gè)生動(dòng)的比喻：“只有標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有IP是無(wú)法工作的。有了IP也需要不同節(jié)點(diǎn)的集成商分別測(cè)試。假如有n個(gè)節(jié)點(diǎn)需要提供互聯(lián)互通的IP，每個(gè)節(jié)點(diǎn)又有m個(gè)不同的IP需要測(cè)試，那么該產(chǎn)品的參與各方將需要花費(fèi)極大的測(cè)試代價(jià)?！庇纱?，宋繼強(qiáng)堅(jiān)持各產(chǎn)業(yè)合作方建立共同的標(biāo)準(zhǔn)，共同推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、IP設(shè)計(jì)和互聯(lián)互通測(cè)試。

當(dāng)前，包括英特爾在內(nèi)許多全球領(lǐng)先的芯片設(shè)計(jì)公司都參加了UCIe聯(lián)盟，聯(lián)盟成員從底層電氣級(jí)別互聯(lián)互通做起，在保證信號(hào)傳輸的完整性、速率的基礎(chǔ)上，嘗試通過(guò)更多的信號(hào)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸。宋繼強(qiáng)介紹說(shuō)，當(dāng)前異構(gòu)集成標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)互通工作仍處于初級(jí)階段，未來(lái)的一年要繼續(xù)增加IP種類(lèi)。

2023年將重點(diǎn)推動(dòng)2.5D先進(jìn)封裝的行業(yè)互聯(lián)

“最理想的狀態(tài)是所有的企業(yè)都使用一套統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)?！彼卫^強(qiáng)表示，“就像最初大家都接受了USB一樣，如果Chiplet也能形成一套統(tǒng)一的協(xié)議，就好辦了?！钡卫^強(qiáng)同時(shí)也介紹了該愿景實(shí)現(xiàn)的難度：USB的互聯(lián)互插測(cè)試經(jīng)歷了非常漫長(zhǎng)且痛苦的階段，而Chiplet互聯(lián)協(xié)議比USB更加復(fù)雜，且硬件IP的可靠性、設(shè)計(jì)的精細(xì)程度與質(zhì)量與各工廠相關(guān)聯(lián)，互聯(lián)的質(zhì)量、可靠性又與封裝廠相關(guān)。整體來(lái)看，Chiplet的互聯(lián)互通測(cè)試將比USB要求更高、更為復(fù)雜，面臨的挑戰(zhàn)更大，實(shí)現(xiàn)的時(shí)間也將可能更長(zhǎng)。

宋繼強(qiáng)表示，2023年UCIe互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)建立的重點(diǎn)工作，將是以2.5D的先進(jìn)封裝推動(dòng)行業(yè)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試和產(chǎn)品級(jí)應(yīng)用?！坝⑻貭柾七M(jìn)UCIe標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)程是將2D和2.5D的互聯(lián)互通作為優(yōu)選項(xiàng)來(lái)推動(dòng)，這兩種類(lèi)型技術(shù)能夠解決的面比較大，技術(shù)也相對(duì)成熟，而3D技術(shù)將會(huì)需要更高的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)?！彼卫^強(qiáng)在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)這樣講道。

“半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，包括摩爾定律的發(fā)展，不是一家公司可以搞定的?！痹诓稍L中，宋繼強(qiáng)反復(fù)強(qiáng)調(diào)產(chǎn)業(yè)界以及產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界廣泛合作的重要作用，“UCIe所做的標(biāo)準(zhǔn)化的努力，就是為了能夠推進(jìn)生態(tài)伙伴用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，讓不同的芯粒更好地集成，這就是融合創(chuàng)新可以給我們帶來(lái)的?！?/p>