Hot Chips大会:芯片堆栈成焦点 是IP块的未来

热度40票  浏览530次 【共0条评论】【我要评论 时间:2017年8月25日 11:51

美国的一项研究工作旨在培训一个从即插即用芯片设计半导体的生态系统。现在已经到了像英特尔和赛灵思等竞争对手都在使用专有封装技术来区分FPGA竞品的时候了。

在接下来的8个月内,美国国防高级研究计划局(DARPA)下的Common Heterogeneous Integration and IP Reuse Strategies (CHIPS)计划旨在定义和测试开放芯片接口。在未来3年内,它希望多个公司将利用这来连接一系列模片以形成复杂的组件。

英特尔已经注册了该计划,预计很快其他厂商也会跟进。在英特尔内部,正在讨论是否要开放部分的内嵌多芯片互连桥(EMIB)。英特尔在Hot Chips上介绍了到目前为止关于EMIB最为详细的信息。

作为缓存一致串行互连(CCIX)的领导者,赛灵思公司的多位高管对DARPA的这个计划很感兴趣,并且公布了第四代FPGA,使用来自TSMC专有的CoWoS 2.5-D封装技术。至于究竟什么方法让主流半导体设计降低成本、提高带宽连接,现在还不清楚。

英特尔把EMIB定位为介于主板和模片连接之间(图片来源:英特尔)

近年来问世了使用有机底物的多芯片模块。有些厂商表示,除了相对较低的密度之外,还将推动降低成本。

TSMC率先推出了一种晶圆层的扇出,用于把应用处理器和内存封装在苹果最新的iPhone手机中。这项技术实现的密度要高于MCM,但是还不足以匹敌有线处理器。

高端AMD和Nvidia GPU已经加入了赛灵思的FPGA,使用像CoWoS这样的2.5-D技术在连接处理器和内存堆栈。但是到目前为止,这些对于消费级产品来说都还太贵,微软一位拒绝将该方法用于Xbox的工程师这样表示。

与微软一样,AMD绕过了相对昂贵的2.5D堆栈,Epyc服务器处理器在有机底物上是由四颗模片构成的。更为传统的MCM"是一项知名的技术,且成本更低,在性能上有一些折中,但我们认为这是可以接受的,"Kevin Lepak这样描述这款芯片。

有多方都表示希望DARPA计划可以突破复杂的技术和业务障碍。"我们希望芯片更像是IP,"一位来自赛灵思的高级架构师表示。

在2014年,英特尔率先将其EMIB称之为可以在更低成本基础上提供2.5-D堆栈的方法。部分原因是它采用了一条芯片插入片来桥接任何大小模片的两端。

Altera在被英特尔收购之前尝试了这种方法。后来成为英特尔的一个部分,现在出货高端Stratix FPGA,使用EMIB连接到DRAM堆栈和收发器。

英特尔专门用于EMIB的AIB接口(图片来源:英特尔)

在Hot Chips大会上,英特尔详细介绍了两种EMIB接口。一种称为UIB,是基于三星或者海力士针对DRAM堆栈的Jedec链路。另外一种称为AIB,是英特尔专门针对收发器的接口,通用于模拟、RF和其他设备。

这两个都是相对简单的并行I/O电路,英特尔认为相比为EMIB使用穿行链路来说,这样做的延迟更低,扩展性更好。到目前为止,在三个代工厂设计的、使用该接口的模块都是支持6个节点。

英特尔尚未决定是否公布AIB,如果这么做的话,是否要把它开源。它在物理层的可编程运行速率最高可达到2Gbits/s,在EMIB链路上可实现多达20000个连接。英特尔FGPA部门高级架构师Sergey Shuarayev表示:"带宽是巨大的,我们可以构建庞大的系统,比标线尺寸更大。"他暗示,EMIB设备可能是2.5D堆栈的6倍,密度也在提高。下一代EMIB制程将支持35微米的凸块,是当前实验室10mm链路条件下密度的2.5倍。

Shuarayev称,称EMIB可以用于连接FPGA到CPU、数据转换器以及光学组件。相比2.5D堆栈,成本更低,且产量更高,部分原因是它可以将复杂的模拟块从FPGA中提取出来。

赛灵思这方面,在Hot Chips大会上公布了第四代堆栈VU3xP,最多有3个16nm FPGA和2个DRAM堆栈,将在4月前提供样品。此外这还是首个采用CCIX接口、支持4个一致连接到主机处理器和加速器的芯片。

基于PCIe的CCIX最初运行速度为25 Gbits/s。有大约33家厂商支持该接口,现在是由Cadence和Synopsys提供IP。"有多个处理器正在将这种技术融入其中,"赛灵思公司副总裁Gayrav Singh这样表示。

另外,赛灵思设计了自己到DRAM堆栈的链路,使用硬件的AXI交换机,与一系列内存控制器进行通信。

赛灵思连接15个256位AXI端口,运行450 MHz,8个内存控制器连接到最新的FPGA到一个DRAM堆栈(图片来源:赛灵思)

英特尔和赛灵思的演讲人都指出,是一些挑战带来了他们的模块化芯片设计。

CoWoS制程要求芯片保持在最高95摄氏度以下。DRAM堆栈中每下降一层温度会增加2度,Singh表示。

而Shumarayev表示,英特尔要求供应商为自己的堆栈提供知名的、质量好的模片,而封装坏模片会长期影响多芯片封装。

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