车载Chiplet D2D互连技术优势何在？

2023-07-06 02:07

近期，芯砺智能官宣了全球首个符合ASIL-D功能安全等级的车规级Chiplet D2D互连IP流片。业内许多小伙伴对此极感兴趣，小编整理了业内朋友对芯砺智能独创Chiplet D2D互连技术如下几方面的问题，并邀请到芯砺智能创始人兼CEO张宏宇先生对此进行深度解析：

芯砺智能的Chiplet D2D互连技术领先性和独特性到底在哪里？

1.在后摩尔时代，Chiplet技术主要被应用于服务器领域，因为这项技术可以通过小芯片“搭积木”的方式来完美地解决性能扩展的问题。而随着汽车智能化的快速发展，车载芯片的算力需求（智能驾驶、智能座舱）呈井喷式发展。虽然当前还处于算力爆发的初期，但可以说未来的智能汽车就是一台轮子上的超级计算机，或者用轮子行走的超级机器人。在这种市场背景之下，Chiplet技术自然就成为新一代智能汽车计算芯片平台的理想选择。但是，凡熟悉半导体行业的朋友们都知道，不同市场存在不同的技术需求，很难用一种通用的技术路径去满足不同市场的需求。Chiplet技术也同样不是万能灵药，服务器上普遍采用的Chiplet技术并不能很好地满足车载市场的需求，因为后者既需要高性能，又需要低成本，同时还需要高安全性和可靠性。从某种程度上来说，车载芯片的需求比服务器市场或任何其他消费类市场都要更高、更复杂。芯砺智能的D2D互连技术之所以领先于全球，就是因为全面满足了车载市场的需求。

2.为了能够满足车载市场的新需求，芯砺智能在Chiplet技术的落地方面采取了一系列独创性的设计，主要包括架构和互连两个方面：

在架构方面，芯砺智能的Chiplet SoC既没有采用消费类市场所熟悉的移动计算架构，也没有采用服务器市场所熟悉的高性能计算（HPC）架构；因为前者的性能受限，而后者的成本居高不下。举例来说，最近大家都看到一些头部芯片企业在车载领域部署合作的新闻，打算利用Chiplet技术来提供新一代智能汽车计算芯片。但这类厂商的Chiplet技术和产品主要源自于其服务器市场，是一种典型的HPC架构，因此在车载市场并不具有成本优势。具体来说，这类型Chiplet有一个特点：不同芯粒都需要配置足够的本地内存（DDR），这其实也是所有HPC架构的共性。这样做的目的很明显，就是要通过大量采用本地内存来达到高性能，以避免不同芯粒（或板卡）之间的数据传输带来的延迟问题。但这样做的缺点也很明显，就是系统成本的显著上升。

图 1 常见HPC架构示意图1#

图 2 常见HPC架构示意图2#

注：目前市面上所流行的一些基于SerDes串行互连的Chiplet架构基本上都与此相似，因为从根本上来说NVLink或PCIe都是基于SerDes的传输协议，因此都存在延迟较大的问题，也就都需要通过配置大量本地内存来满足高性能的需求。换句话说，这样的Chiplet架构其实和通过PCIe互连的多颗芯片架构相比，并没有实质性的差异，也没有真正解决车载市场或其他边缘计算市场所需要的高性价比问题。

在互连方面，最直截了当能够实现内部总线扩展的就是并行互连，但由于所需互连密度很高，必须依赖于先进封装，很难满足车载市场的高性价比和高可靠性要求。因此，芯砺智能并没有采用并行互连方式来实现车载计算平台，而是采用不依赖于先进封装的串行互连。但是，芯砺的串行互连不同于传统的依赖于SerDes技术的串行通信接口（例如PCIe、CXL、NVLINK等），因为后者很难满足车载市场（或者任何实时性要求很高的应用）所需要的低延迟特性。芯砺智能的D2D互连专利技术采用了独创的基于流水线的设计，既不同于传统的并行互连，也不同于传统的SerDes串行互连。从根本上来说，芯砺的D2D是一种将芯片内部总线串行化的总线扩展接口，而不是数据传输接口；其传输的是经过串行化的总线流水线，而不像普通SerDes那样把数据打包传输，因此也就省略了一系列复杂的打包、拆包协议和同步操作（见图3），而最大限度地保留了并行总线的流水线结构（其中包括数据、地址和命令之间的时序关系）。因此，芯砺的D2D接口能够以最小的延迟完成从一端到另一端的总线“复制”。也就是说，芯砺的D2D接口既能够提供类似于并行互连的低延迟特性，又能够用相对较少的连接线达到所需要的带宽，而不需要依赖于价格昂贵、可靠性差的先进封装。总之，芯砺的D2D完美地实现了高性能、低成本以及高可靠性等需求的结合，是目前最适合车载市场应用的Chiplet互连接口技术。

图 3 传统SerDes和Chiplite D2D的不同

当拥有了芯砺的D2D这种低延迟、低成本的串行片间互连接口之后，就可以最大限度地让不同芯粒之间实现算力和内存资源的共享，实现真正高性价比、算力可灵活扩展的的Chiplet计算平台，如图4所示：

图 4 基于芯砺D2D接口的高性价比Chiplet计算平台

为何这项专利技术之前没有其他公司更早提出或发布？为何芯砺智能可以研发出这项领先全球的技术？

1.汽车智能化是近几年来兴起的新趋势，之前并不存在这样既要高性能、又要低成本的市场需求，因此没有太多人去深入研究这方面的创新技术是合理的。

2.芯砺D2D接口技术的创新需要将计算机架构技术、通信技术和高速电路设计技术融会贯通，而在这几个方面同时具有深厚功底的设计师非常罕见。幸运的是，芯砺的联合创始人Dr. SJ就是这样一位大师级人物。而早在2012年，大家对于Chiplet还比较陌生的时候， Dr. SJ就非常有前瞻性地指出，当时刚刚出现的基于先进封装的Chiplet技术未来很难被拓展到服务器以外的其他领域，因为成本太高、可靠性不佳。于是他就开始着手研究一种低成本、高性能的互连技术，并在其后的十年当中历经反复验证而获得了成功。任何新技术的诞生都不是一蹴而就的，需要长期的积淀和坚持不懈的努力。芯砺智能如今能够顺利地推出全球首个符合ASIL-D功能安全等级的车规级Chiplet D2D互连IP，说到底是源自于其创始团队在半导体行业多年的深耕建造，以及对于技术趋势及市场需求发展的敏锐眼光。

随着这项技术的曝光，是否会有其他公司（尤其是那些有很多技术积累的大公司）按照同样的技术路径来研发类似的产品、甚至超过芯砺智能？

答案是否定的。大公司的确有很多技术积累，但同时也有很多包袱，因而在新技术的采用方面并不会非常激进。就Chiplet来说，许多在服务器领域的龙头公司已运用了多年的HPC架构，不会因为要照顾一个新型的汽车市场需求，就作出重大的改变。当其他公司看到芯砺智能的D2D IP之后，或许会意识到这是一项非常了不起的创新，也会试图迎头赶上；但是芯砺已经就独创的D2D IP接口申请了专利，并已经获得批准。任何其他公司要采用类似的技术路径，就难免需要和芯砺达成某种程度的专利授权许可。另外，芯砺的创新脚步也不会停留在D2D互连上面，而是会不断地在从处理器到内存之间的整个数据链路上去实现自主创新，推出一系列有差异化的IP，从而保持在技术上的领先优势。

未来，芯砺智能的Chiplet D2D互连技术还可以从汽车市场拓展到相邻的其他领域，凡是需要高性能但是又对成本相对敏感的市场（例如机器人），都是适合该项独创技术的应用对象。但是就目前来说，智能汽车是最典型、最现实的需求，因而也是芯砺智能所聚焦的产品方向。

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关于芯砺智能

芯砺智能成立于2021年11月，在全球拥有多个研发中心。芯砺智能是全球首家利用芯粒（Chiplet）技术研发车载算力芯片的高科技初创企业，致力于成为智能汽车平台芯片的全球领导者。芯砺智能专注算力可扩展的异构集成中央计算平台，聚合多功能域打造舱驾一体的移动数字空间，为大众创造更美好的出行和生活体验。未来，芯砺智能将与合作伙伴一同持续创新和突破，打造开放和共赢的生态圈，芯笃行远、砥砺前行，共创智能汽车辉煌芯世界。

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