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摩尔定律已经失效芯片成半导体行业最热门趋势

日期: 来源:大雪资讯网编辑:犀利怼数码

本文由腾讯数码独家发布

现在这个时代,如果你和从事半导体[bàn dǎo tǐ]行业[háng yè]的任何朋友或客户交谈,似乎大家最感兴趣的只有芯片[xīn piàn],而这种所谓SoC的芯片类产品,已经[yǐ jīng]成为了半导体行业设计[shè jì]的最新趋势。这种芯片集群背后的基本理念是将几项处于不同发展阶段的技术[jì shù]整合,使报道体行业制造出功能越来越强大芯片的传统方法,在技术和成本上不断进步。因此,各大半导体公司已经不再独立进行复杂的设计,不会将所有重要组件集成到单片芯片上,而是将一种规模较大的设计理念拆分成多个较小的块(因此称为“晶片”),并以巧妙的方式将它们组合在一起。

芯片设计与其他已经存在多年的SoC设计方法之间的不同之处在于,许多基于芯片的新部件都是在不同的工艺技术上组装起来。因此,例如一个芯片设计可能同时连接[lián jiē]7或10纳米CPU以及14或22纳米的I/O,并且通过某种类型的高速方式实现内部互连[hù lián]

半导体企业做出这种改变的愿意主要触及了目前影响半导体业务的一些转型发展核心。首先,正如外界广泛讨论的那样,传统的摩尔定律在缩小晶体管尺寸方面效果已经不再准确,这使得将单片芯片设计中的所有元素缩小到更小的工艺几何形状变得越来越困难,而且成本非常昂贵。此外更重要的是,事实证明,如今芯片设计中的一些重要元素,比如基于类比的I/O和内存技术,在较小尺寸的芯片中实际的表现会差(或只是在性能相同的情况下成本明显更高)。因此,一些半导体元件最好依然保持较大的制造工艺和尺寸。此外,不同类型工作负载(如人工智能加速)的处理需求正在扩大,这导致需要将更多类型的处理技术组合到单个组件上。最后,在芯片封装和互连技术方面已经有了一些重要的进展,这些[zhèi xiē]进展使得构建这些多部件芯片的过程变得更加高效。

大多数大型芯片公司已经认识到这一趋势的重要性,并在过去几年里一直致力于推进各种与芯片相关的技术。为此,英特尔[yīng tè ěr]刚刚在本周的Semicon West大会上宣布了关于其芯片封装能力的重要新功能,这些功能都是为了在未来几年让芯片产品变得更复杂、更灵活、产量更高。在过去的活动中,英特尔谈到了它的EMIB(嵌入式多模互连桥)技术,该技术提供了不同晶片元件之间的水平或二维连接。同时英特尔还谈到了Foveros,这是该公司最新的3D叠加技术,可以将多个元素叠加在同一个芯片设计中。而最新的开发成果是两者的逻辑组合,英特尔称之为Co-EMIB,它支持在单个包中实现组件的2D水平和3D垂直连接。

为了有效地将电能和数据传输给这些不同的组件,英特尔还开发了一种名为ODI(全向互连)的技术,这种技术可以通过横跨芯片工作,提供更接近单片机设计所需的电能和低延迟标准[biāo zhǔn]。最后,英特尔还宣布了一种名为MDIO的新版本AIB(高级接口总线)标准,该标准为EMIB中使用的模对模连接提供了物理层连接。

总体来说,新技术的进步使英特尔有了更大的灵活性和能力来制造越来越复杂基于芯片类的产品,我们应该在今年晚些时候和未来几年开始看到真正的成果。此外,这些成果有助于解决集群芯片目前仍然面临的一些挑战,并且它们还有助于在多个供应商驱动之间进行更多的互操作性。例如,芯片之间的互连速度越来越快,它们仍然不能完全满足单片设计所提供的性能,这就是为什么像ODI这样的技术很重要的原因。

从互操作性的角度来说,也有比较明显的例子。部分集群芯片的设计来自不同供应商,尤其是Kaby Lake G的14nm英特尔制造制程工艺以及AMD的Global Foundries的14nm工艺显卡,都使用了HBM(高带宽内存)技术。然而,现在更多的供应商专注于自己芯片间连接技术(NVLink for Nvidia, Infinity Fabric for AMD等),尽管也有一些全行业的尝试,如CCIX、Gen-Z和OpenCapi。但业界离真正的芯片间互连标准还有很长一段路要走。芯片间互连标准将允许厂商使用类似乐高玩具的连接方法,从想要的任何处理器、加速器、I/O或内存元素中拼凑出芯片。

实际上,英特尔已经认识到在这方面推动开放标准的必要性,并且已经将自己的AIB(现在是MDIO)标准提供给其他厂商,以帮助推动这一技术的进步。它是否会对现实世界产生具体的影响还有待观察,但这是朝着正确方向迈出的重要一步。特别是在人工智能专用加速器领域,许多公司正在努力创造自己的芯片设计,因此在理想情况下,与规模更大的半导体厂商其他组件结合成独特的芯片封装,可能会带来更多的好处。

例如,在上周百度在中国举办的Create AI开发者大会上,英特尔曾谈到与百度合作开发基于nervana的NNP-T神经网络训练处理器。百度还公开讨论了自己的人工智能加速器芯片昆仑(其实是在去年Create大会上首次推出),尽管百度没有透露任何信息,但逻辑上的联系是,未来定制版本的NNP-T电路板将采用昆仑处理器的芯片式设计。

虽然这些代表着对传统半导体进步的重大转移,但很明显半导体行业的未来将由芯片驱动。从本周正式发布的AMD第三代锐龙处理器就采用基于集群芯片的设计原则来看,互连多个处理器核心就像英特尔、AMD、英伟达和许多其他厂商一样。集群芯片的灵活性对于半导体行业和整个计算机行业的发展至关重要。事实上,我们可以确定工艺技术和芯片架构的进步将继续发挥重要作用,但同样重要的是,以前听起来非常神秘的芯片封装和互连领域的技术,未来将对半导体行业的发展起到至关重要的作用。

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