芯粒峰会：如何打通芯粒市场

 

 

芯粒（chiplet）市场是整个芯粒领域最值得关注的话题之一。毫无疑问，技术问题会及时得到解决，例如芯粒裸片到裸片接口、创建良好的芯粒库格式，或是改善已知良好裸片的测试。但芯粒商业模式将何去何从，依然迷雾重重。

 

理想的模式是：准备好一个 Intel CPU 芯粒、一个 NVIDIA GPU 芯粒、一个高通调制解调器芯粒和一个 AMD/Xilinx FPGA 芯粒，然后将它们置于同一个系统级封装中即可。

 

但我们目前所处的阶段离这个目标还很遥远。

 

 

在今年美国硅谷举办的芯粒峰会（Chiplet Summit）上进行了一场题为“如何打通芯粒市场”的小组讨论会。该会议由 Meta 公司的 Ravi Agarwal 主持，与会者（下图中从左到右）依次为：

 

Ventana Micro Systems 公司的 Charles 先生

Alphawave Semi 公司（即 Alphawave IP 公司）的 Clint Walker

Marvell 公司的 Mark Kuemerle

NVIDIA 公司的 Durgesh Srivastava

Samsung Foundry 公司的 Kevin Yee

 

这场小组讨论会精彩纷呈，不仅座无虚席，甚至还有很多站着的听众。因此，本文总结了此次讨论会的精华内容，以与现场一致的问答形式与大家分享。

Q1. 多家公司的芯粒能否组合起来协调运行？

Ventana

大家对芯粒都很感兴趣，但当下只有自研芯粒的大公司才能生产出来。我们面临的挑战是，多家公司的芯粒能否组合一起协调运行？我们的生态系统中有很多不同的公司，今天就让我们讨论一下这个目标能否实现。

 

Alphawave 公司：我们今天的讨论十分火热，按某种规律来说，如果一次会议有很多人出席，那么五年之内就会形成一个市场。

 

Marvell 公司：打造开放的芯粒市场，这个设想很美好，但需要克服很多障碍。理想化的情况是可以像逛商场一样随意挑选产品。目前，只有垂直整合公司或者供应商可以按照规范打造产品，只限于数量有限的芯粒和值得信赖的合作伙伴。这与“开放式芯粒市场”的构想相去甚远。那该如何循序渐进地实现这一点？下图展示了各种基于芯粒的设计实现方法的优点（绿色）和缺点（红色）。

 

 

NVIDIA 公司：业内认为，摩尔定律在推出 51 年后已经失效，就目前而言，超越摩尔定律成为了新常态。我们需要一种适合小型供应商的解决方案。

 

Samsung 公司：芯粒早已成为一种解决方案，但如何才能将其业务化或市场化？互操作性可能意味着要开发很多专有技术，对于市场来说，必须要有一个开放的标准。PCIe 之类的接口有“plugfest”事件来确保互操作性，那么裸片到裸片设计也需要类似的标准，但我们对此毫无头绪。封装是最棘手的问题之一。

Q2. 芯粒的未来市场需求

1.未来 5-10 年芯粒的市场需求如何？
 

 

Marvell 公司：大家时刻都在寻找一种方式来使用多芯片系统，以优化开支结构。多芯片系统属于高端基础架构。我们偶尔会开发单芯片，不过现在的需求寥寥无几。

 

Ventana 公司：汽车 ADAS 解决方案非常庞大，无论怎样，裸片终究需要分割开，所以不妨就此开始解决。我们需要有机基板，它不局限于超大型、造价超高的芯片。

两年内，AI 数据中心的市场规模将达到 5000 亿美元，需求很旺盛。对此，芯粒是唯一的选择。

NVDIA

 

Samsung 公司：我们和许多客户沟通过，其中一些垂直整合商表示，他们如今有 50% 的设计是基于芯粒的。在 5-10 年内，需求将非常高，但对其他厂商来说，我们需要构建一个生态系统。OSAT 需要准备就绪，接口互操作性也是必需的（UCIe 已经发布但尚不成熟）。Open HBI 好像消失了。

 

 

2.芯粒可以采取哪种商业模式，在 KGD（Known-good-die，已知良好裸片） 方面有什么经验可供分享？

 

Ventana 公司：一些厂商拥有最终设计，如果出现问题，可以联系自己的供应商，这与 IP 没有太大区别。芯粒有所不同，不过也有一些现行的模式。

 

AlpahWave

起初我们需要 ASIC 模式，现在正在努力提供更多标准选项，目标是在5-10 年后可以像逛商场一样挑选芯粒。

 

Marvell 公司：我们采用过“选择一个值得信赖的合作伙伴”模式。如果要从多个来源集成，如何启用多个芯粒就成为一项挑战，因为每个芯粒都有自己的测试功能和 KGD。我们需要找到相应的方法，让不同的公司可以分享更多信息，同时不必担心知识产权受损。

 

Samsung 公司：这将是一次革新，只是现在仍停留在商业谈判阶段，每个公司手握整个设计，但是还没有标准模式。

Q3. 芯粒未来发展需要考虑的问题

1. 如何确保芯粒的安全性？
 

 

Marvell 公司：安全的现行定义是一切都包含在一个 SoC 中。但问题是：只在一个芯粒中能否实现安全性？是不是每个公司都有各自的安全标准？重点是要让多个芯片以安全的方式统一运行。目前并不存在这种技术。
 

 

NVIDIA 公司：数据中心有很多安全要求，我们要确保传输、存储和计算过程中的安全性。

 

Alphawave 公司：安全启动也是一个问题。要把它置于哪个芯粒上？具体的位置是哪里？是否需要设计一个专用的安全芯粒？

 

 

2. 如果一个产品包含多个芯粒，最终客户会感知到利润的层层叠加吗？

我们认为答案是肯定的。在之前展示的虚构系统中，我希望每个芯粒都做到最好。在这种环境下，利润必定层层叠加。芯粒就像是一个包装好的产品，而我们秘制调料刚刚好。IP 模式已经是惯例，如果芯粒朝着IP的方向走，将会有新的变化。

Marvell

 

Ventana 公司：芯粒可以让人们买到想买的东西。如果开发的解决方案针对自己的需求，并且买到的东西也是恰好需要的，那么性价比就会很高。这将在一定程度上抵消利润层层叠加的问题。

 

Alphawave 公司：与我们如今面对的关于代工厂、IP 等方面的问题差不多。如果能买到支持 60 种不同产品的 I/O 芯粒，那么成本将会更低。UCIe 就像 PCIe，只需要“连上插头”就可以了。

 

 

3. 软件支持的问题又将如何？在芯粒中，使用微处理器来实现系统启动或初始化，那么对于每个子系统附带的软件，我们要为最终客户提供哪些支持？

 

Marvell 公司：这是当下芯粒面临的问题。垂直整合公司可以投入人力物力开发通用 API，也可以支持基于芯粒的系统。但这仅限于垂直整合公司或按规格加工的模式。相比之下，裸片到裸片的通信显得很简单。
 

 

Ventana 公司：这也是我们致力于解决的方向，必须搞清楚如何分区，就像是拼接一个 SoC ，然后提供一个完整的解决方案。

 

NVDIA

要构建芯粒生态系统，软件支持不可或缺。比如说如果四五家公司一起合作，那么肯定需要目前所缺乏的、通用的 API 框架。

 

Alphawever公司：没人能为我们买到所有的 IP，而现在我们必须提供五家不同供应商的 API，还要知道如何让客户无缝使用，挑战性很大。

 

Samsung 公司：在将基于芯粒的设计交付最终客户时，设计结果应该和 SoC 一样，像是 “一块大型芯片”，我们开发软件的方式也与开发 SoC 的方式相同。

 

 

4. 把 Compute Express Link （CXL） 和芯粒放在一起对比是个好主意。对于 CXL，我们有“结构管理器”，而这个术语没有明确的定义。在异构设计中，这种模式无法发挥作用。定义结构管理器会成为多芯粒设计的一部分吗？

 

NVIDIA 公司：结构非常重要。当前的 CXL 结构只能解决存储器一个方面的问题。它不是面向点对点的。CXL 还在纵向扩展，位于机架内。但我们也要考虑横向扩展机架到机架。

 

Marvell 公司：并非所有的芯粒系统都将基于 PCIe 或 CXL。如果结构管理器以不同的方式通信，能否依赖一个定义好的结构管理器标准，这需要打上一个问号。

Q4. 现场观众提问

1. 大家都对芯粒都充满期待，我也是芯粒的忠实拥护者。芯粒的物理外形尺寸与 IP 区别很大。我们要如何解决这一点？在解决这个问题之前，很难打造一个统一市场。

 

Alphawave 公司：bump 间距不一样，通道数量之类也不一样。一切都是不同的，应该根据需求确定优先级。

 

Marvell 公司：没有哪种合理的方法可以让外形尺寸标准化，以便将芯粒整齐排列在一起。我们还需要开发出多个裸片到裸片接口解决方案。这种“俄罗斯方块”一样的排列问题很难解决。

 

 

2. 外形尺寸方面如何？

 

Alpahwave 公司：这需要根据上市时间进行权衡。比如说本来预计有两个通道，但最终出现了 16 个。要么只能采用这 16 个通道，要么就再等一年，才能实现两个通道的设计。

这和 FPGA 类似，它们的尺寸永远都不能做到完美匹配。

Samsung

 

Marvell 公司：什么时候才是创建芯粒的合适时机？把各种功能都打包在一个芯粒中，现在这种想法也许不切实际。

 

Alphawave 公司：如果竞争对手在单芯片市场一路领先，那就意味着错失良机。芯粒可能不是唯一的答案。

 

 

3. 我们经常会讨论大型裸片的解体。那对于小型裸片呢，比如智能手表里的裸片？它们具有同样的应用价值吗？

 

Marvell 公司：芯粒有很多应用领域。

 

NVDIA

我们看过 Apple Watch 的拆解过程，它的基板架构上有一块主板，这已经算是芯粒。

 

Alphawave 公司：很多产品都在缩小外形尺寸。
 

 

Samsung 公司：随着产品尺寸缩小，接口成本增加了。如果接口可用于多种应用，那么直接使用没问题。但仅仅为了芯粒而做芯粒是没有意义的。

 

Ventana 公司：如果是大型数据中心芯片，那就简单多了。成本下限在不断降低，但也不会一直降到 10 美元。

 

 

4. 现在有形成某种格局吗？有些想做芯粒的客户联系我们，但通常不太合适。有没有学术研究表明技术节点是否成熟？行业格局目前又如何？这样客户就可以知道是否会盈利。

OCP 开放成本模型是目前最好的模型。它提供了 15 到 20 个变量，是很好的初步计算工具。

Meta

 

Alphawave 公司：我们用一张图表来确定盈亏平衡点。
 

 

Samsung 公司：我们参与了那个开放成本模型的开发，但它是高层次的工具，不会显示详细的成本。它基于电子试算表，用户可以更改变量。

 

Meta公司：他们很快就会发布新版本的模型。
 

 

 

5. 刚才提到未来该采用哪种成本模型，也许 IP 模型也是一样的，40 多年前花 10 或 20 美元就能买到标准元件，但 FPGA 市场每个要花 10 万美元。ASIC 的 IP 模型不适用于 FPGA。现在，芯粒能像40 多年前一样，花 10 或 20 美元买到元件，然后构建一个系统吗？

 

Alphawave 公司：如果想自主构建芯粒，那么 IP 模式还是行得通的。但对于芯粒本身，则需要购买整个产品。

 

Marvell

我们梦寐以求的正是无需为先进的技术掩膜付费，也无需购买相关的掩膜。掩膜成本远远高于 IP 成本。

 

Ventana 公司：不需要花大笔的钱来获得 IP 核心许可，可以直接购买芯粒。

 

Samsung 公司：有一天芯粒会成为一种商品，公司可以数百万地制造，很多客户想要购买里面的小元件。但这一天目前还没有到来。

 

 

多芯粒架构为最新的设计节点提供了成本更低的选择，同时仍然以物理芯粒的形式，提供基于 IP 的重用模型。如今，封装设计已成为新一代电子产品的核心。