CSDN

訂閱

發行量:800 

達摩院 2020 預測:模塊化降低晶片設計門檻 | 問底中國 IT 技術演進

作者| 伍杏玲如今我們生活處處離不開晶片技術:手機、電腦、家電、火車、機器人……可以說晶片是信息產業的「心」。

2020-01-12 19:25 / 0人閱讀過此篇文章  

作者 | 伍杏玲

如今我們生活處處離不開晶片技術:手機、電腦、家電、火車、機器人……可以說晶片是信息產業的「心」。其實早在2010年,《關於加快培育和發展戰略性新興產業的決定》中指出,將繼承電路產業作為新一代信息技術產業的重要組成部分,是國家未來重點發展的戰略新興產業。

可一直以來,晶片領域技術和資本門檻較高,在尚未沒做出晶片原型時,已需要幾千萬美元的投入,造芯之路並不易。

如何降低造芯的資本投入?我們還需從技術降低晶片設計的門檻出發。

據阿里達摩院發布的《達摩院 2020 十大科技趨勢》預測,一種「芯粒」(Chiplet)的模塊化設計方法正在成為新的行業趨勢。這種方法通過對複雜功能進行分解,開發出多種具有單一特定功能的「芯粒」,如實現數據存儲、計算、信號處理、數據流管理等功能。利用這些不同功能的芯粒進行模塊化組裝,將不同的計算機元件集成在一塊矽片上,來實現更小更緊湊的計算機系統結構。如此一來,可通過模塊化設計來降低晶片設計門檻。

那麼這項技術會給當前晶片設計帶來怎樣的影響?基於此,我們進行了哪些的探索呢?

不同製程的晶片成本差別巨大

IBS 公司曾以蘋果公司為例,對比不同製程的蘋果晶片每電晶體的生產成本:在16nm工藝下,為4.98美元/10億個電晶體,在7nm工藝下,僅為2.65美元/10億個電晶體。從設計成本來看,工藝節點為28nm時,單顆晶片設計成本約為0.41億美元,工藝節點為7nm時,設計成本則快速升至約2.22億美元。且早期使用和成熟期使用的成本相差一倍以上。[1]

工藝節點處於各時期的晶片設計成本[1]

據達摩院表示,隨著晶片製程從10nm縮減到7nm,接下來還要進一步縮減到5nm,每一次製程縮減所需要的成本和開發時間都在大幅提升。

所以我們需尋找新的晶片開發模式,實現更低成本和快速地開發晶片,模塊化晶片設計或許是其中一個思路。

探索解決方案

達摩院表示,以前設計一個SoC,需要從不同的IP供應商購買IP,包括軟核IP或硬核IP,再結合自家研發的模塊,集合成一個SoC,在某個製造工藝節點上完成晶片設計和生產的完整流程。未來可能不是由單獨封裝的晶片製造的,而是在一塊較大的矽片上互連成晶片網絡的芯粒製造的。模塊化的晶片技術讓開發者實現像搭積木一樣「組裝」晶片。

芯原創始人&董事長兼總裁、加州大學聖克魯茲分校計算機工程系終身教授、前Celestry 董事長兼首席技術長戴偉民在《嵌入式人工智慧與芯粒的歷史機遇》中曾談及,芯粒是以晶片裸片的形式提供,而不是軟體形式。芯粒模式具備開發周期短、設計靈活、低成本特點;它可將不同工藝節點、不同材質、不同功能、不同供應商的具有特定功能的商業化封裝在一起

各大企業和組織正在探索創新晶片的研發方案:

2017年,CHIPS(Common Heterogeneous Integration and IP Reuse Strategies,通用異構集成和IP重用戰略)項目成立,其願景是打造離散的、適當節點製造的多樣化芯粒生態系統,開發模塊化晶片並將之組裝成更大模塊的系列設計工具、集成標準和IP塊。該項目成員包括英特爾、Micron、Synopsys、Candence、Northrop Grumman、Lockheed Martin、波音、密西根大學、喬治亞理工學院、北卡羅萊納州立大學等。

2018年10月,7家公司成立ODSA(Open Domain-Specific Architecture,開放專用域架構)組織,到2019上半年已超50家,其目標是制定芯粒開放標準、促進形成芯粒生態系統、催生低成本SoC替代方案。

2019年,英特爾推出Co-EMIB技術,其能將兩個或多個Foveros晶片互連。

2019年6月,台積電發布自研的芯粒「This」,其由兩顆7nm工藝的小晶片組成,每顆小晶片包含4個 Arm Cortex- A72處理器,晶片間通過CoWoS中介層整合互連。

清華大學長聘教授尹首一表示,開源IP核、Chisel語言以及芯粒技術在不同層次上成為實現晶片敏捷開發的使能技術。開源IP核降低了晶片設計的進入門檻,Chisel語言提高了硬體抽象層次,而芯粒則為系統級晶片設計提供了嶄新途徑。尤其是未來隨著異質集成、三維集成等技術的成熟,摩爾定律將在全新維度上得以延續。

除此以外,達摩院表示,近年來,以RISC-V為代表開放指令集及其相應的開源SoC晶片設計、以Chisel為代表的高級抽象硬體描述語言和基於IP的模塊化模板化的晶片設計方法,推動了晶片敏捷設計方法與開源晶片生態的快速發展,越來越多晶片企業開始嘗試開源硬體架構進行設計。

技術挑戰

我們探索模塊化晶片設計的道路上,阿里平頭哥副總裁孟建熠提出目前模塊化晶片設計研發上遇到的難題:模塊化設計技術還在發展中,如今仍還沒有非常好的模塊架構整體解決方案,未來芯粒之間的通信技術、晶片的散熱技術和封裝技術都需提升。

據孟建熠透露,目前阿里巴巴旗下的獨立晶片公司平頭哥正在進行芯粒及其封裝方面的應用研究,基於一站式晶片設計平台——無劍平台的實踐經驗,將有助於阿里更好地洞察場景需求、培育晶片生態、探索模塊架構解決方案。

資料:

[1]芯原創始人戴偉民:嵌入式人工智慧與芯粒的歷史機遇





文章標籤: