小芯片不僅拯救了AMD 還有望延續(xù)摩爾定律并避免能源危機

為了讓芯片能夠更快，設(shè)計師往往需要將核心做得越來越大，但這也極大地提升了制造難度。好消息是，在 AMD 的引領(lǐng)下，行業(yè)正在積極擁抱“小芯片”（chiplet）設(shè)計。在 2009 年痛苦地決定退出芯片制造業(yè)務(wù)后，該公司一直試圖扭轉(zhuǎn)命運，以重新殺入多年來被英特爾主導(dǎo)的服務(wù)器芯片市場。

遺憾的是，當(dāng)時 AMD 高管們得出的結(jié)論是，該公司并無足夠的資源，去和 Intel 在廣泛的服務(wù)器芯片領(lǐng)域展開正面競爭。

對于規(guī)模較小的 AMD 公司來說，這么做不僅極其昂貴且困難，也無法讓該公司的服務(wù)器芯片脫穎而出。

AMD 高級副總裁 Samuel Naffziger 回憶稱，當(dāng)時他們手里只剩下了一枚可打出去的子彈。

一番回顧和頭腦風(fēng)暴之后，AMD 工程師們提出了“小芯片”的設(shè)計理念，并于未來幾年成為了一種主要的芯片設(shè)計形式。

具體說來是，他們沒有嘗試將大量功能打包到一塊大硅片上，而是由四個獨立的部分來縫合出旗艦芯片。

這種新方法對 AMD 形成了巨大的推動力，Naffziger 認(rèn)為這是近期行業(yè)中最偉大的工程成就之一，因為它一招化解了諸多難題。

盡管 AMD 起初是為了滿足自身需求而發(fā)明了小芯片設(shè)計方法，但通過將芯片分解成更多更小的部分，它還成功地降低了 40% 的制造成本。

與競爭對手相比，這也讓該公司能夠輕松規(guī)劃一整套服務(wù)器芯片 —— 根據(jù)實際需要進行增減，以提供覆蓋多個性能 / 價格檔位的 SKU 。

更棒的是，通過向小芯片轉(zhuǎn)型，AMD 得以重復(fù)使用兩枚服務(wù)器小芯片，并設(shè)計出成本更低、同時適用于臺式機的型號，從而斬獲更豐厚的市場利潤。

在蘇姿豐博士接管公司后，小芯片計劃讓 AMD 的營收，從 2015 年的 40 億美元、增長到了 2021 年的 164 億美元，并且有望挽救經(jīng)典的摩爾定律。

AMD 多年前取得的成就，現(xiàn)正成為行業(yè)的一個典范。即使競爭對手 Intel，也在規(guī)劃基于小芯片設(shè)計的產(chǎn)品。

此外業(yè)內(nèi)其它企業(yè)正商議構(gòu)建一套標(biāo)準(zhǔn)，以在有朝一日允許在一個封裝中，混合并匹配來自不同供應(yīng)商的硅 IP 。

世界正以極快的增長速度來生產(chǎn)和處理數(shù)據(jù)，若沒有小芯片的加持，制造過程將變得過于昂貴、且難以繼續(xù)為軟件開發(fā)者提供每年所需的計算能力飛躍。

從長遠(yuǎn)來看，那些較舊的芯片設(shè)計將消耗過多的功率，并遲早在經(jīng)濟效益上變得不再切實可行。TechInsights 芯片經(jīng)濟學(xué)家 Dan Hutcheson：

我們將陷入這樣一種境地 —— 即你只能不斷購買具有相同性能和功能封裝的一個又一個盒子。

最后只能這樣二選一 —— 要么擴展建設(shè)更多的數(shù)據(jù)中心和發(fā)電廠，要么就忍受互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)增長的減緩。

小芯片概念讓人著迷的另一個方面，是它可以延續(xù)戈登·摩爾在 1965 年撰寫的開創(chuàng)性論文中提出的“摩爾定律”—— 即隨著晶體管密度的翻番，芯片每兩年會變得更快更便宜。

與此同時，摩爾描述了將單個芯片分解成更小部分的經(jīng)濟性、有朝一日會變得更有意義。混合與匹配組件的方式，將為系統(tǒng)設(shè)計人員提供更大的靈活性，輔以性能提升等益處。

事實證明，用較小的功能構(gòu)建大型系統(tǒng)可能更經(jīng)濟，這些功能分別打包和互連，”摩爾寫道。

大型功能的可用性與功能設(shè)計和構(gòu)造相結(jié)合，應(yīng)該使大型系統(tǒng)的制造商能夠快速且經(jīng)濟地設(shè)計和建造大量不同的設(shè)備。

事實上，早在 1964 年，IBM 就已經(jīng)在構(gòu)建包含小芯片的概念系統(tǒng)，當(dāng)時這也是實現(xiàn)必要計算能力的唯一方法。

幾十年來，IBM 等公司繼續(xù)沿著這條路線走下去，并將小芯片的松散概念，運用到了最復(fù)雜、最昂貴的超算和大型機等系統(tǒng)。

問題在于過去的小芯片復(fù)雜且昂貴，但近年來，廠商正努力將更多功能整合到單個硅片上。

除了智能手機 SoC，我們還在一些服務(wù)器處理器、以及采用 Apple Silicon 的筆記本 / Mac 主機上運用最新的設(shè)計。

制造方面，隨著芯片規(guī)模的日漸提升，即使有了先進工藝的加持，較大的硅片面積也會導(dǎo)致良率的降低。

不過 Jefferies 的研究表明，通過小芯片的靈活運用，制造商可輕松將服務(wù)器芯片的尺寸，做到典型 PC 芯片的五倍大。

至于 GPU，英偉達、AMD 的技術(shù)路線和側(cè)重點也不盡相同。此外 Intel 高級研究員 Debendra Das Sharma 表示：

通過將內(nèi)存也封裝到異構(gòu)的單芯片系統(tǒng)中，SoC 還可獲得高內(nèi)存帶寬、低延遲、低功耗等巨大收益。

混合匹配的小芯片，使得芯片廠商能夠為有特定需求的大客戶輕松定制各種硅片 IP，比如常用于 AI 計算任務(wù)的加速計算。

但若一個客戶需要用于特定類型的 AI 芯片，英特爾還可借助通用加速器來代替更專業(yè)的加速器。

最后，通用互連小芯片尚未成為現(xiàn)實，但據(jù)幾位行業(yè)觀察家所述，新版標(biāo)準(zhǔn)或于 2025 年前后推出。