在Chiplet芯片架构中,接口互联总线协议有哪些?

智能计算芯世界 2022-09-13 00:00

目前,在Chip-let 架构的芯片中,用于Die之间实现互连的接口总线协议主要分为 2 类3种,一类是基于单端方式(intel AIB),一类是基于差分方式,后一类又包括了完全差分和数据差分(如 BoW)两种。

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1、小芯片(Chiplet)接口标准.pdf
2、为什么chiplet需要标准.pdf
《全球OCP峰会Chiplet资料汇总》

1、BoW 协议简介

BoW(Bunch of Wires)是 ODSA(Open Domain-Specific Architecture)提出的一个 chiplet 标准,目的是使来自多个供应商的芯片能利用先进封装工艺集成到一起。BoW 标准规定了与 MAC 相连的逻辑接口以及与封装基板相连的物理接口。BoW 的实现可分为数据通路和控制通路。数据通路是数模混合电路,负责将数据从 MAC 传输到封装基板。控制通路用来管理数据传输,需要提供控制位用以控制芯片的初始化、校准等行为,以及状态位用以输出状态信息。控制通路可接收外部控制总线的输入,例如 I2C 等。

BoW 接口的基本单元称为 slice。BoW slice 包括一对差分时钟信号,16 个单端的并行
数据线和可选的 FEC、AUX 线。slice 可以配置成只具有 TX 或 RX 功能,也可以配置成同时具备这两者,但在工作时必须是单向的。BoW 接口时钟由 PLL 提供,TX slice 会将本地 PLL时钟转发给 MAC 以及链路的另一侧,RX slice 则会接收来自远端的时钟并转发到 MAC。选的 FEC 信号用于前向纠错降低误码率,AUX 信号可用于实现 DBI、流控、冗余等。多个slice 的组合称为 stack,BoW 链路由一个或多个 stack 沿着芯片边缘排列组成。BoW 标准规定了链路传输的基本模式和快速模式,每种模式下可以有多个时钟频率。连接的双方可以采用不同的模式,但是需要保证每根数据线的速率相等。

影响 BoW 时钟频率和数据线速率的因素有:封装工艺的选择、芯片连接的物理距离、bump 间距。BoW 数据线均采用 DDR 方式传输数据,在基本模式下采用 Interposer 方式封装,要求时钟频率至少为 1GHz,每根 BoW数据线速率为 2Gbps。在快速模式下,采用 Laminate 封装方式,可以支持的最大时钟频率为 8GHz,速率为 16Gbps。

BoW 接口向后兼容,可以灵活支持各种先进封装工艺,支持 5nm~28nm 工艺节点。BoW 以低成本、低功耗、低延迟和高带宽为设计目标,它的优势还包括:既能以较低数据传输速率与现有并行标准兼容,也能以比现有并行标准更高的速率运行,不需要硅基板互连,两个 BoW 接口可以在不同的 bump pitch 上实现等。BoW 的不足之处在于它的封装路由较其他的基于 XSR 或 USR 的串行差分互连技术更为复杂,这增加了测试、封装的复杂度与成本。

2、AIB 协议简介

AIB(Advanced Interface Bus)是 Intel 提出的一种在物理层实现互连的方案。与传统接口相比,AIB 可以支持数千根线路信号,提升芯片之间数据传输的速度。AIB 标准为芯片规定了一个接口,这个接口可以连接到不同芯片上的兼容接口上,从而达到简化设计的目的。AIB 标准规定了与 MAC 相连的接口信号参数配置,同时规定了封装的物理布局要求。接口信号参数配置用于 AIB 接口的逻辑功能实现,物理布局用于 AIB 接口的具体实现。

AIB 有 AIB Base 和 AIB Plus 两种配置,AIB Base 用于轻量级实现,AIB Plus 可以提供更高的传输速度。为了便于芯片开发人员设计,AIB 将正在芯片上创建的接口称为近端端口,与近端端口相连的端口称为远端端口,在设计过程中芯片开发人员只需考虑近端端口即可。

AIB 接口中一共定义了四种信号:分别为数据信号,时钟信号,控制信号和异步信号。数据信号中包括数据输入信号(RX),数据输出信号(TX);时钟信号中包含从近端端口发出的数据时钟输出信号,从远端端口发出的数据时钟输入信号和控制信号所需要的时钟信号;控制信号仅用在 AIB Plus 版本中,用于实现端口之间的精准握手,主要负责时钟的占空比校正和前向时钟相位调整;异步信号中包含指示芯片是否完成供电和复位的供电复位信号,用于检测另一设备的设备检测信号,显示是否已准备好和 MAC 层进行数据传输的 MAC 信号以及芯片开发人员自行设计的其他信号。

AIB 接口之中包含有很多的 I/O 块,这些 I/O 块分组堆叠为一列通道,一列之中包含 1,2,4,8,12,16 或 24 个通道,在 55 微米的微凸块上最多可以支持一个通道有 160 个 I/O 块,这些 I/O 块可以分为 TX 或者 RX 进行数据传输。时,AIB 支持冗余技术,如果 AIB 信号的线路出现故障,可以转而使用相邻的线路,从而确保设计可用性。在物理布局上,需要尽可能的缩小凸块间距,即将这些凸块交错放置到每一行之中,同时还需保证各条线路之间的长度相同。

AIB 接口能够用于芯片和芯片之间的高速连接,能够大大提升数据传输速率,紧凑型的
布局可以缩小芯片的面积,使用冗余技术可以提高芯片的良品率。但是与此同时,封装布局要求较严格,使得封装难度加大,增加了封装的复杂度和设计成本。

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