關(guān)鍵詞：芯片英特爾

所謂“小芯片（chiplets）”，是指一種系統(tǒng)制造方法，其在整體功能性方面與整體大型芯片并無區(qū)別，但實(shí)際上卻是由多個較小的芯片共同組成。盡管傳統(tǒng)的摩爾定律提升空間已經(jīng)基本耗盡，但憑借著小芯片這一天才般的創(chuàng)意，計(jì)算行業(yè)目前仍然能夠在一定程度上維持系統(tǒng)的性能改進(jìn)能力。

支持者們表示，小芯片的普及代表著系統(tǒng)的專用化門檻將有所降低，而產(chǎn)品產(chǎn)量也能夠隨之提高。而更重要的是，小芯片亦有可能給無代工半導(dǎo)體行業(yè)帶來重大轉(zhuǎn)變，其最終目標(biāo)產(chǎn)品可能體現(xiàn)為一種小型專用芯片，負(fù)責(zé)將通用型處理器與其它眾多專用芯片組合在一起。Ramune Nagisetty是英特爾公司俄勒岡州技術(shù)開發(fā)部門的首席工程師兼流程與產(chǎn)品集成總監(jiān)，她一直致力于建立一個范圍可達(dá)完整行業(yè)級別的芯片生態(tài)系統(tǒng)。在2019年3月21日接受IEEE Spectrum采訪時，她與我們共同就這一愿景以及英特爾公司的技術(shù)狀況進(jìn)行了探討。

Ramune Nagisetty在此次采訪中談到：

小芯片是什么

英特爾的EMIB解決方案

集成工程難題

新的測試技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)需求

小芯片領(lǐng)域的無代工初創(chuàng)企業(yè)

IEEE Spectrum（以下簡稱記者）：您能否對小芯片做出定義，并聊聊小芯片為什么如此重要？

Ramune Nagisetty：小芯片屬于一塊物理硅片。其中封裝有一套IP（知識產(chǎn)權(quán)）子系統(tǒng)。它的設(shè)計(jì)目標(biāo)，在于通過封裝級集成方式與其它小芯片相結(jié)合，而且一般通過高級封裝集成與標(biāo)準(zhǔn)化接口供用戶實(shí)際使用。

小芯片為什么變得越來越重要？這是因?yàn)闀r至今日，已經(jīng)不存在那種百試百靈的通用型解決方案。我們在不同類型的計(jì)算與工作負(fù)載層面實(shí)現(xiàn)了爆炸式的增長，因此出現(xiàn)了眾多不同的架構(gòu)以支持這些不同類型的計(jì)算模型。從本質(zhì)上講，一流技術(shù)的異構(gòu)集成正是摩爾定律未來的全新起效形式.

記者： 說起異構(gòu)技術(shù)，您所指的是是否還包括除硅材料之外的其它半導(dǎo)體材料？

Nagisetty：我想說的是，未來的半導(dǎo)體材料不一定只有硅，也應(yīng)該包含其它類型的半導(dǎo)體制造技術(shù)。例如，大家可以使用鍺技術(shù)，簡稱III－V。在未來，我們將擁有更多半導(dǎo)體技術(shù)類型可供選擇。但著眼于當(dāng)下，半導(dǎo)體材料主要指的仍然是硅。

更重要的是，即使只著眼于硅基芯片，這些芯片也肯定會發(fā)展出不同的技術(shù)節(jié)點(diǎn)。它們通常會針對不同領(lǐng)域進(jìn)行性能調(diào)整——具體包括數(shù)字、模擬、RF以及內(nèi)存技術(shù)等等。

其中一大核心驅(qū)動力，當(dāng)然是內(nèi)存的整合。高帶寬存儲器（簡稱HBM）在本質(zhì)上正是異構(gòu)芯片封裝內(nèi)集成方法的重要、亦是首批證明案例之一。內(nèi)存在本質(zhì)上就屬于一種異構(gòu)集成，其憑借著先進(jìn)的封裝機(jī)制為我們帶來出色的使用體驗(yàn)。

記者：英特爾連接芯片組的方法被命名為嵌入式多芯片互連橋。您能否向我們解釋一下，這個概念的定義是什么，又是如何起效的？

Nagisetty：大家可以將其視為一個用于將兩塊小芯片連接在一起的高密度橋接器，這實(shí)際上也是我能想到的最準(zhǔn)確的描述方式。我想，很多朋友應(yīng)該都熟悉利用硅中介層作為先進(jìn)封裝基板的作法。（注：硅中介層是一種硅襯底，其擁有密集的互連與內(nèi)置硅通孔，用于實(shí)現(xiàn)不同芯片之間的高帶寬連接。）

在本質(zhì)上講，EMIB實(shí)際上就是一個體積極小的硅中介層，其中包含密度極高的互連體系，我們將其稱之微凸塊，且密度遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)封裝基板的密度。（微凸塊是一種微小的焊球，是能夠?qū)⑿酒尤肓硪粔K芯片或者封裝的高密度互連機(jī)制。）

EMIB或者橋接，一般會被嵌入至標(biāo)準(zhǔn)封裝基板當(dāng)中。利用EMIB，大家即可在必要的位置輕松獲得最高的互連密度，并在其余位置利用標(biāo)準(zhǔn)封裝基板滿足其它普通互連需求。

這種作法能夠帶來諸多優(yōu)勢。其中最顯著的一點(diǎn)自然是成本，因?yàn)楣柚薪閷拥某杀九c該中介層的面積成正比。因此在使用EMIB的情況下，我們只需要在需要高密度互連的位置添加橋接即可滿足需求，而不存在額外浪費(fèi)。此外，這種作法也能夠降低由材料自身特征所帶來的信號衰減——標(biāo)準(zhǔn)封裝基板能夠更好地傳遞信號，硅中介層則會嚴(yán)重影響信號傳輸。

記者： 目前英特爾公司使用的EMIB是如何實(shí)現(xiàn)的？

Nagisetty：英特爾公司實(shí)際上掌握著數(shù)種演示性芯片解決方案，這里正好借機(jī)會對其一一加以說明，我想這也有助于我們接下來進(jìn)一步探討未來芯片所要遵循的三條不同發(fā)展路線。

英特爾公司目前擁有兩套基于EMIB的解決方案，而且二者之間存在著相當(dāng)顯著的差別。首先是Kaby Lake－G，我們基本上將AMD Radeon GPU與高帶寬內(nèi)存（HBM）與我們的CPU芯片集成在一起。我們利用EMIB實(shí)現(xiàn)GPU與HBM的橋接，并在封裝內(nèi)提供HBM接口。在此之后，我們利用封裝內(nèi)部的PCI Express——這是一種標(biāo)準(zhǔn)的電路板級接口，專門用于集成GPU與CPU。

該解決方案的真正有趣之處，在于我們正在嘗試?yán)脕碜远嗉掖S的外部開發(fā)芯片。我們希望使用HBM與PCI Express這些通用性質(zhì)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口打造一流產(chǎn)品。在這種情況下，我們采用一個能夠獨(dú)立在電路板上運(yùn)行的組件（帶有HBM的GPU），并將其集成在統(tǒng)一的封裝之內(nèi)。其中PCI Express負(fù)責(zé)發(fā)送長距離信號，也就是處理典型的電路板運(yùn)行需求。雖然立足封裝內(nèi)部來考慮，PCI Express并不一定是最佳解決方案，但卻是一種快速便捷的解決方案，因?yàn)槲覀兡軌蚪璐死脴I(yè)已在行業(yè)中廣泛存在的接口。

記者： 這種集成方法能夠?yàn)橛⑻貭柕男酒a(chǎn)品帶來哪些助益？

Nagisetty：在這種情況下，我們得以實(shí)現(xiàn)外形尺寸方面的巨大改進(jìn)。在移動使用場景下，外形尺寸對于筆記本電腦的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。從本質(zhì)講，設(shè)計(jì)師必須得在外形、功耗與性能這幾項(xiàng)指標(biāo)之間做出取舍。因此，只要我們能夠盡可能縮小外形尺寸，就可以實(shí)現(xiàn)真正的優(yōu)化，即以盡可能小的尺寸提供同類最佳的解決方案。

記者： 那么，關(guān)于另一種小芯片設(shè)計(jì)方案，您又做何評價呢？

Nagisetty：接下來我要談的是Stratix 10 FPGA，這實(shí)際上也是英特爾公司首款正式展示的EMIB解決方案。Stratix 10的核心是英特爾FPGA，其中在FPGA周邊部署有六個小芯片。其中四個為高速收發(fā)器小芯片，另外兩個則是高帶寬內(nèi)存小芯片，它們?nèi)坎渴鹪谕环庋b之內(nèi)。此示例集成有來自三家不同代工廠的六種不同技術(shù)節(jié)點(diǎn)；也正因?yàn)槿绱耍胚M(jìn)一步證明了不同代工廠的產(chǎn)品之間完全能夠?qū)崿F(xiàn)互操作性。

英特爾Stratix 10是芯片巨頭利用EMIB連接封裝內(nèi)各小芯片的主要示例方案。

另外值得一提的是，它采用了一種被稱為AIB的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)型晶片到晶片接口，全稱則為英特爾高級接口總線（Intel＇s Advanced Interface Bus）。這種接口專門為Stratix 10產(chǎn)品而打造，實(shí)際上代表著我們?yōu)榉庋b內(nèi)高帶寬、邏輯到邏輯互連方案制定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)雛形。因此，HBM可以說是內(nèi)存集成領(lǐng)域的首個標(biāo)準(zhǔn)，而AIB則是邏輯集成層面的首個標(biāo)準(zhǔn)。

AIB這種接口能夠配合英特爾EMIB解決方案與硅插入器等其它競爭性解決方案共同使用。需要強(qiáng)調(diào)的是，該接口的核心優(yōu)勢在于其生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)以FPGA為中心進(jìn)行混合搭配的實(shí)現(xiàn)方法。目前，眾多不同的企業(yè)與高校正在DARPA CHIPS（全稱為通用型異構(gòu)整合與IP復(fù)用策略）計(jì)劃的贊助下努力利用AIB創(chuàng)建更多小芯片設(shè)計(jì)方案。