晶元成半導體行業最熱門趨勢 摩爾定律已經失效

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現在這個時代，如果你和從事半導體行業的任何朋友或客戶交談，似乎大家最感興趣的只有晶元，而這種所謂SoC的晶元類產品，已經成為了半導體行業設計的最新趨勢。這種晶元集群背後的基本理念是將幾項處於不同發展階段的技術整合，使報道體行業製造出功能越來越強大晶元的傳統方法，在技術和成本上不斷進步。因此，各大半導體公司已經不再獨立進行複雜的設計，不會將所有重要組件集成到單片晶元上，而是將一種規模較大的設計理念拆分成多個較小的塊(因此稱為「晶片」)，並以巧妙的方式將它們組合在一起。

晶元設計與其他已經存在多年的SoC設計方法之間的不同之處在於，許多基於晶元的新部件都是在不同的工藝技術上組裝起來。因此，例如一個晶元設計可能同時連接7或10納米CPU以及14或22納米的I/O，並且通過某種類型的高速方式實現內部互連。

半導體企業做出這種改變的願意主要觸及了目前影響半導體業務的一些轉型發展核心。首先，正如外界廣泛討論的那樣，傳統的摩爾定律在縮小晶體管尺寸方面效果已經不再準確，這使得將單片晶元設計中的所有元素縮小到更小的工藝幾何形狀變得越來越困難，而且成本非常昂貴。此外更重要的是，事實證明，如今晶元設計中的一些重要元素，比如基於類比的I/O和內存技術，在較小尺寸的晶元中實際的表現會差(或只是在性能相同的情況下成本明顯更高)。因此，一些半導體元件最好依然保持較大的製造工藝和尺寸。此外，不同類型工作負載(如人工智慧加速)的處理需求正在擴大，這導致需要將更多類型的處理技術組合到單個組件上。最後，在晶元封裝和互連技術方面已經有了一些重要的進展，這些進展使得構建這些多部件晶元的過程變得更加高效。

大多數大型晶元公司已經認識到這一趨勢的重要性，並在過去幾年裡一直致力於推進各種與晶元相關的技術。為此，英特爾剛剛在本周的Semicon West大會上宣布了關於其晶元封裝能力的重要新功能，這些功能都是為了在未來幾年讓晶元產品變得更複雜、更靈活、產量更高。在過去的活動中，英特爾談到了它的EMIB(嵌入式多模互連橋)技術，該技術提供了不同晶片元件之間的水平或二維連接。同時英特爾還談到了Foveros，這是該公司最新的3D疊加技術，可以將多個元素疊加在同一個晶元設計中。而最新的開發成果是兩者的邏輯組合，英特爾稱之為Co-EMIB，它支持在單個包中實現組件的2D水平和3D垂直連接。

為了有效地將電能和數據傳輸給這些不同的組件，英特爾還開發了一種名為ODI(全向互連)的技術，這種技術可以通過橫跨晶元工作，提供更接近單片機設計所需的電能和低延遲標準。最後，英特爾還宣布了一種名為MDIO的新版本AIB(高級介面匯流排)標準，該標準為EMIB中使用的模對模連接提供了物理層連接。

總體來說，新技術的進步使英特爾有了更大的靈活性和能力來製造越來越複雜基於晶元類的產品，我們應該在今年晚些時候和未來幾年開始看到真正的成果。此外，這些成果有助於解決集群晶元目前仍然面臨的一些挑戰，並且它們還有助於在多個供應商驅動之間進行更多的互操作性。例如，晶元之間的互連速度越來越快，它們仍然不能完全滿足單片設計所提供的性能，這就是為什麼像ODI這樣的技術很重要的原因。

從互操作性的角度來說，也有比較明顯的例子。部分集群晶元的設計來自不同供應商，尤其是Kaby Lake G的14nm英特爾製造製程工藝以及AMD的Global Foundries的14nm工藝顯卡，都使用了HBM(高帶寬內存)技術。然而，現在更多的供應商專註於自己晶元間連接技術(NVLink for Nvidia, Infinity Fabric for AMD等)，儘管也有一些全行業的嘗試，如CCIX、Gen-Z和OpenCapi。但業界離真正的晶元間互連標準還有很長一段路要走。晶元間互連標準將允許廠商使用類似樂高玩具的連接方法，從想要的任何處理器、加速器、I/O或內存元素中拼湊出晶元。

實際上，英特爾已經認識到在這方面推動開放標準的必要性，並且已經將自己的AIB(現在是MDIO)標準提供給其他廠商，以幫助推動這一技術的進步。它是否會對現實世界產生具體的影響還有待觀察，但這是朝著正確方向邁出的重要一步。特別是在人工智慧專用加速器領域，許多公司正在努力創造自己的晶元設計，因此在理想情況下，與規模更大的半導體廠商其他組件結合成獨特的晶元封裝，可能會帶來更多的好處。

例如，在上周百度在中國舉辦的Create AI開發者大會上，英特爾曾談到與百度合作開發基於nervana的NNP-T神經網路訓練處理器。百度還公開討論了自己的人工智慧加速器晶元崑崙(其實是在去年Create大會上首次推出)，儘管百度沒有透露任何信息，但邏輯上的聯繫是，未來定製版本的NNP-T電路板將採用崑崙處理器的晶元式設計。

雖然這些代表著對傳統半導體進步的重大轉移，但很明顯半導體行業的未來將由晶元驅動。從本周正式發布的AMD第三代銳龍處理器就採用基於集群晶元的設計原則來看，互連多個處理器核心就像英特爾、AMD、英偉達和許多其他廠商一樣。集群晶元的靈活性對於半導體行業和整個計算機行業的發展至關重要。事實上，我們可以確定工藝技術和晶元架構的進步將繼續發揮重要作用，但同樣重要的是，以前聽起來非常神秘的晶元封裝和互連領域的技術，未來將對半導體行業的發展起到至關重要的作用。

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