觀點評論 | 芯片行業(yè)，神奇的一年

半導體市場與幾年前相比發(fā)生了巨大變化。云服務提供商希望定制硅片并與合作伙伴合作進行設計。長期以來被討論為未來時態(tài)的芯片和 3D 設備是市場中一個不斷增長的領域。摩爾定律？它仍然存在，但制造商和設計師遵循它的方式不同于簡單地縮小晶體管。

純屬巧合的是，推動這些變化的許多力量都發(fā)生在同一年：2006 年。

擴展的魔力減緩

盡管摩爾定律已經(jīng)放緩，但它仍然存在；半導體公司繼續(xù)能夠以某種可預測的節(jié)奏縮小晶體管的尺寸。

然而，好處發(fā)生了變化。有了所謂的“登納德縮放”，芯片設計師可以通過縮小晶體管來提高時鐘速度、降低功耗（或兩者兼而有之）。從實際意義上講，這意味著個人電腦制造商、手機設計師和軟件開發(fā)人員可以規(guī)劃出源源不斷的硬件進步。

登納德縮放比例在 2006 年實際上已經(jīng)停止了。需要找到讓“倉鼠輪”繼續(xù)轉動的新技術——而且要快。

在 2000 年代中期，頻率和單線程性能開始下降，但晶體管數(shù)量卻持續(xù)攀升。

GPU 開始發(fā)揮作用

2006 年 11 月 8 日，NVIDIA 推出了 G80 GPU，這是首款針對 HPC 和通用計算的 NVIDIA GPU。這款 90 納米并行協(xié)處理器上市時，擁有當時數(shù)量驚人的6.86 億個晶體管。

NVIDIA 還創(chuàng)建了CUDA，以簡化在 GPU 上編程的過程。到 2012 年，基于 GPU 的超級計算機已榮登500 強榜?，F(xiàn)在，榜單上近 90% 的系統(tǒng)都配備了 GPU。

XPU 誕生

雖然 GPU 在訓練和推理方面的表現(xiàn)優(yōu)于 CPU，但針對特定工作負載設計的優(yōu)化設備可以同時勝過 CPU 和 GPU。21 世紀初的 IBM Cell 處理器和 Cavium 系列安全處理器引領了優(yōu)化芯片的第一波浪潮。

在閱讀了一篇關于人工智能中概率計算興起的文章后，麻省理工學院的學生 Ben Vigoda 改變了他的博士論文方向，并于 2006 年創(chuàng)立了Lyric Semiconductor ，以制造專注于計算概率的設備，以降低深度學習推薦模型或欺詐檢測等任務所需設備的成本、功耗和尺寸。該公司于2010 年正式成立，Analog Devices 于 2011 年將其收購。（Vigoda 也搶在谷歌之前：這家搜索巨頭在 2006 年就考慮過 TPU 的想法，然后在 2013 年推動了這一概念的發(fā)展。）

未來：用于訓練和推理的定制 AI 加速器 ( XPU ) 是半導體行業(yè)增長最快的細分市場之一。粗略地說，650 Group 等分析師認為，XPU 可以（或者應該）比 GPU 降低 20% 或更多的功耗。Lyric 可以說提出了兩個關鍵思想。第一，AI 需要自己的芯片架構。第二，設備設計（而不是晶體管密度）可以推動該領域的進步。

Chiplet 誕生

他是 RISC 的先驅。他幫助創(chuàng)建了 RAID。如果你把加州大學伯克利分校的 Dave Patterson 撰寫的所有教科書都堆起來，你可能會達到平流層。

Patterson 和他的實驗室在這篇論文中首次公開提出了 Chiplet 這一名稱和概念。Chiplet 解決了許多問題。它們可以用由可整體運作的分立硅片組成的芯片取代巨大的單片芯片，從而降低將新設備推向市場的風險、成本和時間。它們可以推遲重新組裝設備組以適應這些大型單片芯片。

隨著時間的推移，chiplet 還將使公司能夠專注于自己的優(yōu)勢：擁有出色 SerDes 或內(nèi)存控制器的公司可以專注于該子系統(tǒng)并將其出售給多個致力于完整 chiplet 的設計師。簡而言之，chiplet 消除了高級開發(fā)中的許多摩擦。

已故 Marvell 聯(lián)合創(chuàng)始人 Sehat Sutardja在2015 年的國際固態(tài)電路會議上推出了首個用于制造小芯片的商用平臺，名為MoChi。隨后不久，首批商用小芯片也問世了。

AWS 成立

云計算的概念出現(xiàn)于 1999 年。這一年，康柏公司的George Favorolo 和 Sean Sullivan提出了這一術語，惠普首席執(zhí)行官 Lew Platt 發(fā)起了一項將計算能力作為服務出售的計劃，Salesforce 也成立了。

然而，對芯片的影響始于 2006 年的 AWS 和通用云服務提供商 (CSP) 的崛起。跨國 CSP 構成了一個新的公司類別，其規(guī)模足以證明開發(fā)針對特定工作負載或任務優(yōu)化的處理器（如 DPU）和/或傳統(tǒng)處理器（如 CPU）的定制變體是合理的。換句話說，CSP 基礎設施的龐大規(guī)模為上述所有技術開辟了一條進入市場的道路。

那么，下一步是什么？

盡管距離芯片的快速發(fā)展已經(jīng)過去了 18 年，但大多數(shù)概念實際上仍處于早期階段。使用專用和/或定制計算來降低功耗和/或提高性能的做法仍然主要局限于大客戶，到目前為止，他們的努力主要集中在少數(shù)精選產(chǎn)品上。

未來，預計將有越來越多的客戶尋求定制解決方案?！岸ㄖ啤笨赡馨ㄍ耆毺氐亩ㄖ圃O計，也可能包括更改固件以提高性能，但最終制造商和最終用戶都將擁有帶有其簽名的獨特硅片集。許多優(yōu)化的定制設計將基于小芯片設計。

這些設計原則還將擴展到更廣泛的產(chǎn)品領域。用于 5G 基礎設施的定制基帶控制器、用于提升服務器內(nèi)存容量的 CXL 控制器和 NIC 控制器已投入生產(chǎn)。未來將實現(xiàn)所有或幾乎所有產(chǎn)品的定制化。

產(chǎn)品種類也將更加豐富。GPU、XPU 和 DPU 是新類別芯片進入市場的第一批浪潮。PCIe 重定時器和 CXL 控制器構成了第二波新興浪潮，專注于改進互連。

雖然半導體行業(yè)在前 50 年的發(fā)展重點是減少主板上的芯片數(shù)量，但我們即將進入一個新時代，在主板上將添加更多芯片，同時還將出現(xiàn)將不同芯片和功能組合到單個封裝中的系統(tǒng)級封裝設備。

或者換句話說，摩爾已經(jīng)變得更加（客戶）、更加（定制）和更加（芯片類別）。

參考鏈接

https://www.eetimes.com/chip-odyssey-2006-the-start-of-the-modern-chip-era/#genecy-interstitial-ad