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小晶片架構超級電腦的時代已經到來

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科技產業資訊室 (iKnow) - Kyle 發表於 2022年3月22日
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圖、小晶片架構超級電腦的時代已經到來

超級電腦正在進入百萬兆級運算時代,有望為AI、生物學、國防、能源、科學等領域帶來新的突破。

目前全球許多機構正在開發百萬兆級超級電腦。中國似乎以微弱優勢領先,美國緊隨其後,歐洲較為落後。不過,2022年早些時候,歐洲高性能運算聯合企業 (EuroHPC)啟動了幾個新專案,包括一個百萬兆級計劃。

從架構來看,中國傾向於使用傳統的客製化處理器設計超級電腦,但美國的百萬兆級系統正在採取另一種方法。美國將CPU和GPU利用小晶片,混合和匹配晶片並將它們組裝。迄今為止,超微、英特爾、Marvell等已經開發了基於小晶片設計的解決方案,主要用伺服器和其他高階應用。這個概念也是超級運算的理想選擇。

小晶片的特性,包括:顯著減小尺寸、降低功耗和更好的高速性能。美國國防部和DARPA正在努力將小晶片帶入超級電腦。如今美國正在開發三個百萬兆級系統,分別是Aurora、El Capitan和Frontier。其中,Frontier將於2022年底投入營運,隨後Aurora和El Capitan將於2023年投入營運。

其實,超級電腦只是小晶片眾多應用之一。最近,一些供應商已經為伺服器開發了類似小晶片的設計,至於真正的小晶片架構正在開發中。

開發類似小晶片的設計很有吸引力,但也存在一些挑戰。開發小晶片需要資源和幾個要素。首先,取代SoC的小晶片,必須從頭開始使用較小的裸片來設計晶片。然後,製造模具並將它們重新組裝進入封裝。

其中,封裝本身不再只是封裝單個裸片。在更先進的封裝中,廠商必須考慮佈局、與晶片和封裝的交互作用,以及如何對這些層進行佈線。問題是如何達到真正優化佈局,以在封裝中獲得最佳性能或最大性能。

而且這不是唯一的問題。在封裝中,一些裸片被堆疊。其他裸片位於封裝的其他位置。因此,廠商需要一種使用將一個裸片連接到另一個裸片的方法。如今,類似小晶片的設計是使用專屬匯排和介面來連結裸片,這限制了該技術的採用。因此,現在有些組織開始研發開放性匯排和介面的標準。

如今ASE、超微、Arm、谷歌、英特爾、Meta、微軟、高通、三星和台積電成立了一個聯盟,正在建立一個支持小晶片的裸片到裸片互連標準。該組織還批准了UCIe規範(這是一種封裝級別的開放式產業互連標準)。UCIe 1.0規範涵蓋 die-to-die I/O物理層、die-to-die協議和軟體堆棧。

總之,隨著蘋果推出了具有類似小晶片的處理器M1 Ultra,以及基於小晶片的百萬兆級超級電腦已經出現。因此,小晶片時代已經真正到來,未來推動產業從以矽為中心的思維發展到系統級規劃,並將重點放在IC和封裝的協同設計上。(977字)


參考資料:
Chiplets Enter The Supercomputer Race. Semiconductor Engineering, 2022/3/17


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