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國產(chǎn)化IP創(chuàng)新之路(二)創(chuàng)新篇:突破創(chuàng)新及實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸

2022-02-28
來源:互聯(lián)網(wǎng)

  業(yè)界普遍預測未來的計算架構(gòu)將從以處理器為中心逐漸轉(zhuǎn)變成以數(shù)據(jù)為中心,內(nèi)存速度和計算不再是能效瓶頸,,數(shù)據(jù)移動的速度正在逐漸成為新的能效瓶頸,,本篇文章將詳細介紹后摩爾時代如何通過技術(shù)提升來解決瓶頸,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸,!

  從計算為中心到數(shù)據(jù)為中心,,急需突破三堵“墻”

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  算力墻的突破:傳統(tǒng)處理器架構(gòu)很難突破算力墻,我們需要在處理器架構(gòu)創(chuàng)新的同時,,通過各種DSA異構(gòu)計算,,加上現(xiàn)在普遍看好的Chiplet(芯粒)和先進封裝等技術(shù)來突破算力墻。

  ? 處理器架構(gòu)創(chuàng)新,,多核,,并行,片內(nèi)異構(gòu)…

  ? 各種DSA

  ? Chiplet+先進封裝

  內(nèi)存墻的突破:目前在內(nèi)存本身往更高密度和更高帶寬的形態(tài)發(fā)展外,,可以采用串行內(nèi)存接口擴展內(nèi)存,,并且基于此做到內(nèi)存池化,以及利用逐漸成熟的新內(nèi)存介質(zhì)來提升內(nèi)存性能,,這些相輔相成,,來突破內(nèi)存墻。

  ? 更高密度和更高帶寬的內(nèi)存

  ? 串行內(nèi)存接口與內(nèi)存池化

  ?  新介質(zhì)內(nèi)存

  ?  近存計算

  IO 墻的突破:利用更高速的IO接口,,更高效的傳輸協(xié)議以及更低的傳輸延時來突破IO墻,。

  ? 更高速的IO接口

  ? 更高效的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,更低的時延

  ? 在網(wǎng)計算

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  算力墻:Chiplet與D2D互聯(lián)-后摩爾時代的芯片集成趨勢

  由于傳統(tǒng)處理器架構(gòu)對算力的限制,近年來采用先進封裝和D2D互聯(lián)的Chiplet方案流行,,一方面,,通過高速低延遲的D2D接口可以對所連接的SOC進行擴展/分割,另一方面,,D2D可以靈活有效地實現(xiàn)IO口的聚合和分離,,針對不同應(yīng)用實現(xiàn)性能最優(yōu)解。所以,,可以預見,,采用高速,低延遲,,高性能的先進封裝D2D互聯(lián)chiplet方案正在成為后摩爾時代芯片集成趨勢,。

  內(nèi)存墻:DDR5&HBM帶來高帶寬、高容量,,將有更廣泛的應(yīng)用空間

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  高性能計算,,人工智能,以及高性能圖形領(lǐng)域,,對內(nèi)存的帶寬有巨大的要求,因此高帶寬內(nèi)存 DDR5/HBM在這個領(lǐng)域變得重要起來,。目前在數(shù)據(jù)中心和服務(wù)器上,,DDR4顯得有些吃力,急需更高帶寬更大容量的產(chǎn)品,,DDR5應(yīng)運而生,,相比較DDR4,,DDR5速率和帶寬均翻倍,,在功耗性能上相比于DDR4也做了大量優(yōu)化。隨著Intel和AMD宣布在2022年發(fā)布的下一代處理器上支持DDR5,,可以預見,服務(wù)器,,數(shù)據(jù)中心,,和高性能計算等將在2023年大量采用DDR5以滿足其對內(nèi)存帶寬和容量的需求。

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  另一種高帶寬內(nèi)存HBM是用空間換時間,,通過堆疊,高互聯(lián)密度,,利用較低的頻率來獲得最大帶寬,。其最大IO速度可以到達8.4Gbps,最新一代HBM3帶寬已經(jīng)達到驚人的1TB/s。目前除了在一開始的GPU和后來的AI領(lǐng)域被應(yīng)用外,,HBM在CPU領(lǐng)域也逐漸被采用,,未來HBM的應(yīng)用前景將更為廣闊。

  IO墻:基于PCIE的CXL帶來異構(gòu)計算效率變革

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  說到計算節(jié)點內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸接口,,就不得不提PCIe,,自從PCI-SIG組織在2003年推出了PCI-Express之后,計算機內(nèi)部高速總線迎來了串行時代,,當計算需求越來越高時,,以太網(wǎng)開始回到摩爾定律的2年帶寬改進周期,但是PCIe卻沒有跟上,,成為瓶頸,。PCIe 4.0 雖然姍姍來遲,但也滿足了燃眉之急,,使得GPU,,F(xiàn)PGA等加速器和host之間的交互瓶頸得到緩解。近年來PCIe演進正在加速,,以滿足對日益增長的帶寬需求,。目前PCIe 5.0也已經(jīng)商用,未來PCIe 6.0的協(xié)議也已經(jīng)基本完成,,單個PCIe 6.0 x16就可以支持800G以太網(wǎng)絡(luò),。

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  由于PCIe本身有很多問題,限制了目前計算架構(gòu)的突破(例如樹形結(jié)構(gòu),,不支持一致性等),,因此業(yè)界曾經(jīng)產(chǎn)生了不少新的協(xié)議,例如開始由Xilinx主推后來由Arm商用的CCIX,, IBM自己搞的OpenCAPI, AMD的Infinity Fabric以及NVidia的NVLink,,以及多年前提出來的Gen-Z協(xié)議,到現(xiàn)在Intel最新的CXL,。

  目前看起來由于Intel在服務(wù)器市場強大的市占率和話語權(quán),CXL的前景還是被普遍看好,。其底層是沿用PCIe PHY(目前是5.0),,上層協(xié)議進行了重新的建構(gòu)。

  除了我們熟悉的針對PCIE的局限性做出的新的設(shè)計,,CXL也帶了很多新的應(yīng)用,內(nèi)存是最典型的,,它可以將內(nèi)存和處理器解耦,,串行化,并且CXL2.0的switch的支持,可以做到內(nèi)存池化,。這會大大提高訪存效率,極大降低成本,,增加靈活性,。對服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心的新計算架構(gòu)帶來更多可能性。CXL的推廣將會持續(xù)推動PCIe快速成長,。

  奎芯科技接口IP助力高速數(shù)據(jù)傳輸

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  奎芯接口IP PCIE/DDR/HBM/Serdes系統(tǒng)應(yīng)用圖

  在未來的計算架構(gòu)將從處理器為中心逐漸轉(zhuǎn)變成以數(shù)據(jù)為中心同時,奎芯科技攜手優(yōu)秀研發(fā)團隊已完成PCIe3/4的芯片認證(Silicon-Proven),,被廣泛應(yīng)用于各類設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸,PCIe5正處于研發(fā)階段,。同時用于Chiplet高速互聯(lián)的D2D/Serdes接口以及高帶寬DDR5/HBM3也在同步開發(fā)中,,預計2022~2023年將陸續(xù)推向市場,,阻力高速數(shù)據(jù)傳輸,。奎芯科技通過一系列的技術(shù)創(chuàng)新及優(yōu)化升級,,打破能效墻、優(yōu)化墻,、內(nèi)存墻和高速IO墻,進一步釋放計算潛能,,秉持國產(chǎn)化IP的專業(yè)研發(fā)技術(shù),,結(jié)合半導體行業(yè)發(fā)展趨勢,,提供優(yōu)秀的解決方案助力芯片設(shè)計企業(yè)!

  關(guān)于奎芯科技(MSQUARE):

  奎芯科技(M SQUARE)于2021年在上海注冊成立,,是一家專業(yè)的集成電路IP供應(yīng)商,。作為芯片產(chǎn)業(yè)鏈上游關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)的企業(yè),公司推出的高速接口IP,,涵蓋USB,、PCIe、SATA,、SerDes,、MIPI、DDR、HDMI,、DP、HBM等產(chǎn)品,,聚焦高性能計算,、人工智能、消費類電子,、汽車電子、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域,,致力于通過先進半導體IP研發(fā)與定制服務(wù),,打造市場急需的IP組合,積極響應(yīng)中國快速發(fā)展的芯片和應(yīng)用需求﹐全面賦能芯片設(shè)計產(chǎn)業(yè),。




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