DARPA電子復興計劃的新目標

科技 07-22

DARPA電子復興計劃的新目標

來源：本文由公眾號半導體行業觀察（ID：icbank）翻譯自「fuse.wikichip」，謝謝。

本周早些時候，DARPA主辦了第二屆年度電子復興計劃（ERI）峰會。ERI峰會上發布的一個有趣的公告是，英特爾與兩家初創公司建立了新的合作夥伴關係，通過定製的高性能晶元擴展英特爾FPGA的功能。這包括非常高帶寬的光子收發器以及高端RF功能。

簡史：DARPA種子項目

要想了解他們如何走到今天，必須追根溯源到差不多十年前。在峰會上，GlobalFoundries首席執行官Thomas Caulfield博士就公司的差異化戰略以及它們如何與DARPA的使命保持一致發表了主題演講。「他們（DARPA）了解未來的需求。他們制定了宏偉的目標。因此，如果當今世界的通信速度是Gb，他們就會說我們想要Tb，而且他們將會根據務實的時間表來資助這個計劃。」Caulfield說，「所以這不僅是為國家安全服務的跳板，也是創造技術商業化的跳板。」

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GF首席執行官Thomas Caulfield博士發表主題演講

一個這樣的例子是「光子學優化嵌入式微處理器（POEM）」項目。POEM是DARPA的一個早期項目「超性能納米光子學內部通信（UNIC）」的繼承者。在某種程度上，POEM成功地實現了DARPA的長期目標，即將光子學集成到一個微處理器中，用於晶元內和晶元間的光子通信。

在POEM項目中，一組研究人員設計並開發了第一個使用光通信的微處理器晶元。最終得到的晶元擁有超過7000萬個晶體管，其中包含了850個光子元件。該晶元集成了基於Rocket的雙核RISC-V微處理器，以及1MB的SRAM。該晶元有兩組光學收發器，一組用於CPU，另一組用於存儲器。在每一組中有兩個接收器組和兩個發射器組，分別有11個接收器和11個發射器。研究人員在未經改進的45nm CMOS SOI工藝上成功演示了正確的操作。

POEM晶元的許多研究人員後來成立了一家名為Ayar Labs的初創公司。

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Caulfield解釋說，POEM計劃使GlobalFoundries優化了名為45RFSOI的工藝。Caulfield說：「RFSOI有助於5G毫米波的部署，這個工藝中的硅光子學部分是為高速數據中心連接而設計的。2017年，GlobalFoundries宣布與Ayar Labs合作，旨在利用這一工藝加速CMOS光學I/O技術的商業化。

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對於技術、DARPA的「CHIPS」項目，以及英特爾Chiplet生態系統工作的驗證。

目前，一個完全不同的項目正在運作中，稱為「通用異構集成和IP重用策略（CHIPS）」項目。CHIPS是電子復興計劃（ERI）的一部分。CHIPS的願景非常不同尋常——創建由獨立模塊化的、可重用的IP塊組成的全行業生態系統，可以使用現有的和新興的集成技術將這些IP塊組裝到系統中。換言之，這是一個行業驅動的、兼容的chiplet生態系統，設計師可以根據許多不同供應商的特定需求混合和匹配所需的chiplet，從而形成更多的定製解決方案，同時減少工程資源並加快產品上市時間。

領導CHIPS項目的Andreas Olofsson在峰會上介紹了該項目的最新進展。詳細的摘要將在以後的文章中發布。作為CHIPS項目的一部分，英特爾一直使用他們的FPGA平台作為對chiplet概念和chiplet生態系統進行商業試驗的一種方式。去年，英特爾發布了高級介面匯流排（AIB）互連，作為chiplet架構的免版稅互連標準。在峰會上，英特爾以及CHIPS項目的首席研究員，高級首席工程師Sergey Shumarayev介紹了他們在項目中的工作進展。

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英特爾高級首席工程師Sergey Shumarayev

英特爾最後的一款單片FPGA是Arria 10。2016年，隨著Stratix 10系列的推出，他們轉向了基於chiplet的解決方案。Stratix 10可以通過AIB介面集成許多不同的 chiplet。chiplet通過公司的EMIB解決方案集成到封裝中。第一代Stratix 10 FPGA僅集成了收發器晶元。到2017年，他們開始整合HBM以及來自不同代工廠的不同工藝點的收發器。今年早些時候，英特爾推出了基於10nm節點的Agilex FPGA系列，這個系列將很快開始引領客戶。 Agilex使用與Stratix 10相同的AIB介面，允許現有的chiplet與新的FPGA系列無縫協作。

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Shumarayev表示，英特爾一直在內部嘗試更多chiplet和其他獨特功能，但他們也希望通過外部解決方案來拓寬選擇。「如果我們能夠利用這種新的商用chiplet功能，並為這個項目開發出新的殺手級應用，那麼我們認為，在器件的一側獲得高端RF功能，它可以由FPGA處理，並在另一邊利用光學發送，這將是一件非常棒的事情。我們能否在非常短的時間內實現低NRE？」

為此，Shumarayev宣布了兩個新的合作夥伴：Jariet Technologies和Ayar Labs。Jariet設計了一種新的高端direct-RF chiplet。Ayar Labs將提供TeraPHY chiplet。

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TeraPHY Chiplet

英特爾和Ayar Labs將在下個月的Hot Chips 31大會上進行聯合展示。Ayar Labs在峰會上發表了一張海報，我們得到了機會與他們交談。TeraPHY chiplet通過一個很可能使用EMIB的寬AIB介面與FPGA連接，就像其他chiplet一樣。chiplet組尺寸僅為48.73mm2，包含三個400Gb接收器和五個400Gb發射器。發射器包括每光纖16個25Gb波長，總共2 Tbps，數據流量約為1Tbps/mm2，能耗為0.83 pJ/bit。接收器流量約為0.5 Tbps/mm2，能耗為2.5 pJ/bit。

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