隨著每一代新一代芯片增加晶體管密度變得越來(lái)越困難，因此芯片制造商正在尋找其他方法來(lái)提高處理器的性能，其中包括架構(gòu)創(chuàng)新、更大的芯片尺寸、多芯片設(shè)計(jì)，甚至晶圓級(jí)芯片，比如 Cerebras的WSE系列AI芯片。

近日，中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所的科學(xué)家們也推出了一款先進(jìn)基于RISC-V架構(gòu)的 256 核多芯片，并計(jì)劃將該設(shè)計(jì)擴(kuò)展到 1,600 核，以創(chuàng)造整個(gè)晶圓大小的芯片，以作為一個(gè)計(jì)算設(shè)備。

據(jù) The Next Platform報(bào)道，中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所的科學(xué)家在《基礎(chǔ)研究》雜志最近發(fā)表的一篇文章中介紹了一種先進(jìn)的 256 核多芯片計(jì)算復(fù)合體，名為“浙江大芯片”。

據(jù)介紹，該芯片設(shè)計(jì)由 16 個(gè)小芯片組成，每個(gè)小芯片包含 16 個(gè) RISC-V 內(nèi)核，并使用片上網(wǎng)絡(luò)以傳統(tǒng)的對(duì)稱(chēng)多處理器 (SMP) 方式相互連接，以便小芯片可以共享內(nèi)存。每個(gè)小芯片都有多個(gè)芯片到芯片接口，可通過(guò) 2.5D 中介層連接到相鄰的小芯片，研究人員表示，該設(shè)計(jì)可擴(kuò)展到 100 個(gè)小芯片，或 1,600 個(gè)內(nèi)核。 

據(jù)報(bào)道，“浙江大芯片”基于Chiplet架構(gòu)設(shè)計(jì)，采用 22 納米級(jí)工藝技術(shù)制造，目前還不確定使用中介層互連并在 22 納米生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)上制造的 1,600 個(gè)核心組件會(huì)消耗多少功率。不過(guò)，由于延遲的減少，這將極大地優(yōu)化其功耗和性能。

論文探討了光刻和Chiplet技術(shù)的局限性，并討論了這種新架構(gòu)滿(mǎn)足未來(lái)計(jì)算需求的潛力。研究人員指出，多芯片設(shè)計(jì)可用于構(gòu)建百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)的處理器，AMD 和英特爾目前正在做這件事。 

研究人員寫(xiě)道：“對(duì)于當(dāng)前和未來(lái)的百億億次計(jì)算，我們預(yù)測(cè)分層chiplet架構(gòu)將是一種強(qiáng)大而靈活的解決方案。” “分層chiplet架構(gòu)被設(shè)計(jì)為具有多個(gè)內(nèi)核和許多具有分層互連的小芯片。在chiplet內(nèi)部，內(nèi)核使用超低延遲互連進(jìn)行通信，而小芯片之間則以受益于先進(jìn)封裝技術(shù)的低延遲互連，從而可以最大限度地減少這種高可擴(kuò)展性系統(tǒng)中的小芯片延遲和NUMA效應(yīng)”。

與此同時(shí)，研究人員建議對(duì)此類(lèi)組件使用多級(jí)內(nèi)存層次結(jié)構(gòu)，這可能會(huì)給此類(lèi)設(shè)備的編程帶來(lái)困難。 

“內(nèi)存層次結(jié)構(gòu)包含核心內(nèi)存[緩存]、芯片內(nèi)內(nèi)存和芯片外內(nèi)存，”描述中寫(xiě)道?！斑@三個(gè)級(jí)別的內(nèi)存在內(nèi)存帶寬、延遲、功耗和成本方面有所不同。在分層chiplet架構(gòu)的概述中，多個(gè)核心通過(guò)交叉交換機(jī)連接并共享緩存。這形成了pod結(jié)構(gòu)，并且pod通過(guò)chiplet內(nèi)網(wǎng)絡(luò)互連，多個(gè)pod組成一個(gè)chiplet，chiplet通過(guò)chiplet間網(wǎng)絡(luò)互連，然后連接到片外存儲(chǔ)器，需要仔細(xì)設(shè)計(jì)才能充分利用這種層次結(jié)構(gòu)合理利用內(nèi)存帶寬來(lái)平衡不同計(jì)算層次的工作量可以顯著提高chiplet系統(tǒng)效率。正確設(shè)計(jì)通信網(wǎng)絡(luò)資源可以保證chiplet協(xié)同執(zhí)行共享內(nèi)存任務(wù)。 

大芯片設(shè)計(jì)還可以利用光電計(jì)算、近內(nèi)存計(jì)算和 3D 堆棧內(nèi)存等技術(shù)。然而，論文沒(méi)有提供這些技術(shù)實(shí)施的具體細(xì)節(jié)，也沒(méi)有解決它們?cè)谠O(shè)計(jì)和構(gòu)建此類(lèi)復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)可能帶來(lái)的挑戰(zhàn)。

來(lái)源：芯智訊