Chiplet小芯片的研究初见成效

日前，一个声称其成员来自53家公司的组织举办了其第一次关于为加速器创建小芯片(chiplet)开放标准的研讨会。该研讨会的目的是在半导体发展步伐放缓的当下，实现SoC的低成本替代方案。

这个名为“开放特定领域架构(ODSA)”的组织，隶属于Facebook创建的开放计算项目(Open Compute Project)框架下，他们最近宣布了其第一个开源硅项目。但该项目正面临技术难题和商业障碍，阻碍了其市场化动力，目前尚不清楚这项踌躇满志的计划能否获得积极响应和广泛参与。

迄今为止，已经有很多公司早早地创建了自己的 chiplet 生态系统，包括Marvell的MoChi、英特尔的EMIB以及初创公司zGlue提供的产品。而且早在去年夏天，英特尔就已发布了针对其EMIB封装技术的开源AIB协议，作为其DARPA研究计划中小芯片研究的一部分。

Chiplet是业界为了弥补硅工艺技术增长放缓所做的几项努力之一。 它们起源于多芯片模块，诞生于20世纪70年代，最近在AMD的Ryzen和Epyc x86处理器等产品中作为一种节省成本的技术而重新焕发活力。

“目前所有的多芯片接口都是专有的。我们团队想要建立的是一个开放接口，让你可以组装出最好的芯片，” Netronome工程师，同时也是ODSA的创始人Bapi Vinnakota表示，该公司旨在为OSDA组织提供多核网络处理器中使用的800Gbps架构提供寄存器传输级(RTL)设计。

作为一个开始，其他ODSA成员在研讨会上提出以一个简单的“线束”作为初始物理层接口，它可以以1、2或4 Gbits /秒/ pin的可选速率在有机基板上运行。

未来的接口还可能包括CCIX、112G和56G serdes以及RISC-V TileLink。该组织建议将来使用PCIe PIPE抽象层来实现各种协议和PHY物理层。尽管其成员主要精力在数据中心，但ODSA最终的目标也包括为移动和边缘系统提供芯片。

ODSA的目标是围绕PCIe创建快速概念验证，同时定义其接口。(来源：ODSA)

该组织将研究相干和非相干内存链路的混合应用，并采用turbo模式实现双向流量。 但它似乎拒绝了英特尔的AIB协议，因为其数据速率和引脚排列太有限。

ODSA计划于年底前展示其基于PCIe的概念验证。同时，它将充实其PHY、协议以及其他规范。建议工程师们可以在明年开始进行商业化的工作。

该组织还旨在为 chiplets 定义业务流程。ODSA的另一位创始人，NXP公司营销总监Sam Fuller表示，它将为不同的行业细分提供有价值的建议，并为已知合格芯片(KGD)定义测试认证。他补充说，ODSA还需要吸引包括封装供应商在内的几个主要参与者。

ODSA其他活跃成员还包括监督概念验证的FPGA供应商Achronix公司和提供电源和散热问题观点的On Semiconductor公司。初创公司Kandou、SiFive和zGlue也是该组织的联合创始公司。

大约有70人参加了ODSA首届活动，其中约20人参加了直播活动。 “每隔两、三个星期就会有四、五个新的有识之士参与进来，” 该组织的Vinnakota表示，该组织于2018年10月开始与七家公司合作。

三星曾在其北美总部举办的活动中讨论到ODSA，并表示出其对该组织的支持。
“我们正在定义公司的chiplet策略，仅我个人而言，我看到了很多人对chiplet的浓厚兴趣，”三星电子美洲战略高级主管 Craig Orr说。

“我见过许多公司从3D堆叠中做出引人注目的东西，他们将晶圆最大限度切割并拼接在一起。还有许多网络公司正在分离I/O芯片，这使得今天的serdes传输可以在未来切换到硅光子传输，“他说。

随着成本的上升，“生产前沿工艺节点芯片的公司越来越少，因此如果我们可以通过采用 chiplet 降低成本，这将会给我们带来更多的客户，”他补充道。

对于Facebook和其他大型数据中心而言，定义硅芯片是定义一系列系统、电路板和模块之后的下一个重大飞跃。随着芯片发热量上升，目前广泛使用液体冷却的价格也水涨船高，这让他们倍感压力。

包括AMD、英特尔、英伟达、Qualcomm、赛灵思和人工智能初创公司Graphcore和Habana等公司在内的一个组织，与Facebook合作定义了一个用于冷却高端芯片的模块，这个模块与一个大的咖啡马克杯一样大小，被称为OCP加速器模块(简称OAM)，它的设计目标为最多容纳8个芯片，在风冷系统中每个芯片的功率达到450W，在水冷系统中高达700W。

该模块最初只是为追求高性能的AI机器培训工作而设计，现在Facebook相信它也能用于推理系统。“我们提供了一个700W功率的选项，因为的确有公司在考虑采用，”Facebook硬件工程师Whitney Zhao表示，她谈起了英伟达公司与一所大学研究的多芯片GPU。

“450W是顶线，高于450W，冷却问题就可能对我们产生很大影响。液体冷却对数据中心会产生巨大影响。 我们需要时间来构建这个基础设施 - 这是我们现在的主要议题之一。” 她说。

Open Compute成员已经将各种系统用于加速器。(来源：ODSA)

与此同时，包括OAM在内，Facebook和微软在他们的数据中心中使用了至少五种系统构成封装，而且还会有越来越多的系统构成出现。Facebook和合作伙伴将在今年开始为新模块定义通用基板、机箱和托盘。

“我们需要一个开放的加速器基础架构，” Zhao说，她还提到她在参加ODSA会议后了了解芯片级选项。

对于芯片供应商来说，越来越多的系统目标“令人大开眼界，我们的着陆区就是一份厚厚的菜单，”Netronome公司的Vinnakota说。“我们得决定我们的目标模块，再搞清楚用哪些产品。简单来说，答案是目前我们还没有明确的想法，我们愿意接受任何帮助来搞清楚我们要的是什么。” 他补充说。

本文同步刊登于电子工程专辑杂志5月刊