芯動(dòng)兼容UCIe标準的最新Chiplet技術(shù)解析

2022年12月(yuè)23日

近日，芯動(dòng)科技高速接口IP三件套之明星産品--Innolink™ Chiplet互連解決方案，相繼亮(liàng)相第二屆中(zhōng)國互連技術(shù)與産業(yè)大會、智東西Chiplet公開課。芯動(dòng)科技技術(shù)總監高專分享了兩場專業(yè)演講，就行業(yè)Chiplet技術(shù)熱點和(hé)芯動(dòng)Innolink™ Chiplet核心技術(shù)，與騰訊、阿裡、中(zhōng)興、百度、是得科技等知名企業(yè)，以及中(zhōng)科院物理所、牛津大學、上海交大等學術(shù)科院領域名家交流分享，共同助推Chiplet互連技術(shù)的創新與應用。

多晶粒Chiplet技術(shù)是通(tōng)過各種不同的工藝和(hé)封裝技術(shù)，讓多個(gè)模塊芯片與底層基礎芯片有機結合，形成一個(gè)大帶寬、高密度的系統芯片，突破單晶圓性能和(hé)良率瓶頸，以更具性價比的路(lù)線滿足産業(yè)界日益增長的對芯片性能的需求，是技術(shù)發展大勢所趨。芯動(dòng)作為在高速接口互連技術(shù)深耕十多年的賦能者，響應客戶和(hé)市場需求，早于兩年前就推出了适用多個(gè)應用場景、在先進工藝量産驗證成功的自主Chiplet IP解決方案。該方案也是首套物理層兼容UCIe國際标準的Chiplet解決方案，跨工藝跨封裝，目前已在全球範圍内實現廣泛兼容并成功商(shāng)用落地，在矽基闆、MCM封裝基闆、化合物基闆以及PCB級等互聯場景率先産業(yè)化，發揮Chiplet多晶粒技術(shù)的成本和(hé)性能優勢，助力芯片設計企業(yè)和(hé)系統廠商(shāng)實現産品成功。

“天下(xià)大勢，分久必合合久必分，半導體行業(yè)亦如(rú)是。”

——芯動(dòng)科技，高專

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Chiplet發展現狀

技術(shù)背景和(hé)優勢前景

Chiplet（芯粒）通(tōng)俗來講是對大芯片系統的拆分和(hé)重組，是系統級芯片（SoC）集成發展到後摩爾時代後，持續提高集成度和(hé)芯片算力的重要途徑。Chiplet通(tōng)過分解手段，将SoC中(zhōng)CPU、加速器(qì)等資(zī)源解耦，甚至将同種資(zī)源也拆分為更細粒度的模塊，使得芯粒能夠在多種設計中(zhōng)重用。在芯粒生态中(zhōng)，用戶可(kě)以根據自己的需求，從各種供貨商(shāng)提供的芯粒中(zhōng)挑選自己想要的芯粒，然後組合為個(gè)性化系統。因其能夠有效降低芯片開發門檻，使得芯片開發“降本增效”，業(yè)内衆多巨頭都在大力投入Chiplet技術(shù)的研發和(hé)落地。

▲Chiplet接口技術(shù)和(hé)傳統接口技術(shù)比較

對CPU/GPU等芯片廠商(shāng)而言，Chiplet可(kě)以縮小單die縮小尺寸、降低複雜度，實現芯片設計複雜度及設計成本的下(xià)降；在當前先進工藝場景下(xià)，Chiplet“模塊化剖分”的思路(lù)更有利于提高大型芯片良率、降低芯片制造成本，同時縮短(duǎn)開發周期和(hé)難度，便于部分模塊的疊代和(hé)優化，突破die size上限。對芯片系統集成商(shāng)而言，不同芯片的自由組合也将帶來産品生态的開放繁榮，優勢集合，構建差異化産品。對于芯片制造商(shāng)Foundry而言，Chiplet的不同工藝組合将帶來更多高端工藝客戶和(hé)die集成業(yè)務。所以說，Chiplet優勢明顯，前景一片大好。

與此同時，Chiplet互連也有諸多實現難點及痛點。Chiplet互連技術(shù)對帶寬需求更大，要求更低的延時和(hé)功耗，多應用場景還需要實現跨工藝、跨封裝互聯，同時Chiplet線寬和(hé)間距小，互聯密度極高，因此技術(shù)實現更具挑戰性。此外，無廣泛使用的統一接口标準、片間互聯導緻在PCB上測試和(hé)debug困難，這些也是Chiplet應用量産亟待解決的問(wèn)題。

▲Chiplet中(zhōng)傳統封裝和(hé)先進封裝的比較

我們所說的Chiplet互聯優勢主要區别于傳統互聯技術(shù)。傳統芯片主要基于PCB介質，支持傳輸距離(lí)1~200cm，管腳有限，而且每個(gè)管腳占用的die面積很大，所以提高每個(gè)管腳的速度非常重要。Chiplet接口則可(kě)用于silicon interposer或基闆，傳輸距離(lí)普遍小于1cm，對低延時要求高，IO面積小，IO密度高，更看重的是單位面積的帶寬，另外Chiplet在傳統封裝和(hé)先進封裝上的間距、功耗、die面積、帶寬、成本、尺寸需求也不一樣。

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Innolink™ Chiplet

芯動(dòng)UCIe Chiplet解決方案

基于前期在DDR、SerDes等高速接口技術(shù)的自主創新和(hé)先進工藝的量産驗證，集十多年IP前後端、工藝定制、封測量産全流程之經驗能力，芯動(dòng)科技專門針對Chiplet互聯推出了Innolink™ 互連解決方案。

這是首個(gè)物理層兼容UCIe國際标準Chiplet超高速通(tōng)訊解決方案，跨工藝、跨封裝，已完成主流先進工藝開發驗證并授權多個(gè)項目成功量産。該方案包括INNOLINK-A/B/C三種規格，支持矽基闆、普通(tōng)基闆和(hé)PCB闆3種互連模式，在Die to Die、Chip to Chip、Package to Package、Board to Board各種不同應用場景下(xià)，具備低延時、低功耗、高帶寬密度以及高性價比、高可(kě)靠性的優勢，可(kě)全棧式協助芯片設計企業(yè)和(hé)系統廠商(shāng)提高SoC研發效率，降低風險，為數字時代算力需求升級提供有力支持。

▲Innolink™ Chiplet A/B/C實現方法

值得一提的是，芯動(dòng)兼容UCIe國際标準的Chiplet解決方案幾乎是在UCIe标準發布同一時間發布的。據高專介紹，芯動(dòng)在Chiplet技術(shù)領域積累了大量的客戶應用需求經驗，幾年前就開始了Innolink™ Chiplet的研發工作，率先明确InnolinkB/C基于DDR的技術(shù)路(lù)線，并于2020年的Design Reuse全球會議上首次向業(yè)界公開Innolink A/B/C技術(shù)。得益于正确的技術(shù)方向和(hé)超前的布局規劃，INNOLINK-B/C的架構和(hé)方案與UCIe基本一樣，都是針對标準封裝和(hé)先進封裝單獨定義IO接口，都是單端信号，forward clock、sideband通(tōng)道、datavalid信号、burst首發、Idle低功耗等均方向一緻。

具體而言，INNOLINK-A是基于SerDes的互聯技術(shù)，适用于較長的傳輸距離(lí)和(hé)較大信号衰減，可(kě)實現闆卡到闆卡之間的互連，支持32/56/112Gbps/pair傳輸速率。INNOLINK-B對應UCIe标準中(zhōng)的标準封裝，基于DDR技術(shù)單端信号，可(kě)支持短(duǎn)距PCB或MCM，同時兼容Die to Die和(hé)Chip to Chip，支持32Gbps/pin傳輸速率。INNOLINK-C則對應UCIe标準中(zhōng)的先進封裝，結合了GDDR和(hé)LPDDR的技術(shù)特點，針對Silicon Interposer做了優化，IO電壓可(kě)低至0.4V，支持32Gbps/pin傳輸速率。

▲Innolink™ Chiplet量産測試闆

芯動(dòng)Innolink™ Chiplet可(kě)提供物理層方案，客戶自主構建協議層，也可(kě)提供PHY&Controller打包方案，這兩種方案均已授權客戶量産測試。圍繞着Innolink™ Chiplet技術(shù)，芯動(dòng)同時還提供封裝設計、可(kě)靠性驗證、信号完整性分析、DFT、熱仿真、測試方案等全棧式服務，使得芯片設計企業(yè)和(hé)系統廠商(shāng)能夠快速便捷地實現多Die、多芯片之間的互連，有效簡化設計流程。

芯動(dòng)的Chiplet也與其全系高端DDR、32/56/112G SerDes共同構成了芯動(dòng)高速接口IP三件套，在全球範圍内具備核心競争力。芯動(dòng)的一站(zhàn)式高性能、高可(kě)靠IP具有三大優勢：支持最新的接口協議，諸如(rú)GDDR6/6X、HBM3/2e、LPDDR5X/5、UCIe Chiplet、HDMI2.1、USB4.0等，全面覆蓋通(tōng)用高速接口協議；支持最先進的FinFET工藝，在各大代工廠和(hé)各級别工藝制程全面布局；先進接口IP在先進工藝上擁有大量的量産記錄和(hé)客戶群，流片驗證超過200次，為IP質量提供了可(kě)靠保證。

▲芯動(dòng)高速接口IP三件套解決方案

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作為全球一站(zhàn)式IP和(hé)芯片定制提供商(shāng)，芯動(dòng)一直堅持合規化、商(shāng)業(yè)化、專業(yè)化運營，堅持以質量和(hé)口碑為發展生命線，深耕高速接口IP十六年，擁有專業(yè)知識和(hé)經驗豐富的開發團隊，是業(yè)界極富口碑的IP和(hé)定制服務老牌廠商(shāng)。16年來，芯動(dòng)服務了AMD、微軟、亞馬遜、高通(tōng)、安盛美等全球數百知名企業(yè)，未來還将持續為全球客戶提供極具競争力的全棧式解決方案，客戶至上、需求驅動(dòng)，助力設計企業(yè)迅速抓住關(guān)鍵市場。

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