Chiplet：超级算力时代的解药之一
本文系基于公开资料撰写，仅作为信息交流之用，不构成任何投资建议。3月24日，英特尔创始人、摩尔定律的创始人，戈登 · 摩尔先生，在夏威夷家中去世，享年94岁。图片来源：芯榜1968年，戈登·摩尔和他老同事罗伯特诺伊斯一起创办了一家芯片公司，几十年来，这家小公司不断成长，最终成为当今最具影响力的芯片巨头——英特尔。除了创办英特尔，戈登·摩尔亲手写下的摩尔定律，早已被半导体行业的奉为圭臬。这些年来，在摩尔定律的指引下，集成电路行业发展从未停止脚步，一步步走到今天。01摩尔定律的诞生和意义1965年4月19日，摩尔应《电子》杂志的邀请，在《电子》杂志创刊35周年之际，发表了一篇著名的论文，其 核心观点是 ： 在未来十年，价格不变的前提下，最先进的集成电路面积所能容纳的元件数量将以约每年一倍的速度增加。这一理论后经过略微修改，成为现在人尽皆知的：每过18个月-24个月，单位面积内晶体数量翻倍，但是价格不变。50年以来，神奇的摩尔定律一直精确了预测着芯片制造工艺的发展，连戈登摩尔自己都对此惊讶不已，在2019年的一个视频里，他直呼自己都没有想到，现在的晶体管工艺尺寸已经只有他预测的百分之一了。图片来源：ASML的一个关于摩尔定律的采访他本人的视频曾经有网友问我，为什么人类要花大把精力，投入天量的资源去做微缩晶体管尺寸这样的事？从狭义上讲，不断微缩的晶体管尺寸，且同比例降低功耗，能提高集成度，可以改善功耗，提高性能，使得下一代芯片对比上一代有更大进步，这是符合经济发展规律。特别是现在大数据计算与大模型训练大行其道，对芯片算力提出更高的要求，毕竟现在计算量是指数级提高。从广义上讲，在电子的世界里，更小的晶体管带来更高的集成度，更高集成度带来更丰富的功能性和更强悍的性能，最终促进集成电路行业的发展，而集成电路水平的不断提高，带动了整个电子行业的发展，解放并提高生产力，成为社会经济发展的支柱。我们必须理解摩尔定律并不是死抠18个月内晶体管是否能继续微缩50%，而是要理解成其精髓——更高的集成度，带来更强的性能，带来未来的无限可能性。02摩尔定律是否已死？作为英特尔的死对头英伟达，前几天老黄还亲口向世人宣布，英伟达的cuLitho计算光刻平台会干掉4万台CPU服务器，让计算光刻效率提升40倍。cuLitho是英伟达秘密研发四年，向芯片制造业甩出一枚技术“核弹”——通过突破性的光刻计算库cuLitho，将计算光刻加速40倍以上，使得2nm及更先进芯片的生产成为可能。全球最大晶圆厂台积电、全球光刻机霸主阿斯麦、全球最大EDA巨头新思科技均参与合作并引入这项技术。此话一出对CPU霸主的英特尔而言，像是又一场宣战。回想去年2022年10月，英伟达的老黄亲口表示摩尔定律早已死了，随后英特尔CEO基辛格在13代酷睿处理器的发布会上回击：“我知道大家都在争论摩尔定律是否死了，我的答案是，没有！”尽管英特尔依然是这个世界上芯片制造能力最强的公司，不过，行业认为英特尔已经大不如以前了。自28nm HKMG工艺英特尔把全行业都带到坑里去之后（ 金属栅极用的是铝问题巨多 ），英特尔在集成电路工艺制造上确实已经不像以前能独霸全球，三星，台积电等公司的制造水平早已经追上，甚至反超。而且从摩尔定律的角度考虑，随着工艺演进，每一代芯片的开发成本，设计成本，以及建厂成本，已经如同滚雪球一样越来越高，台积电的2nm新厂的建厂投入折合人民币已经上千亿元，堪称是天文数字一般，这导致当期晶体管成本早已经不像从前那样越来越便宜，而是越来越贵。不降反升的晶体管成本意味着摩尔定律早已难以为继。 所以老黄说摩尔定律已死，这个说法也不能说他完全错。但是笔者认为，狭义的摩尔定律确实到尽头，但是广义的摩尔定律并不会消失，只要人类社会还在发展，科技进步还是最重要的推动力，摩尔定律就不会消失，只是换个方式继续前进。03未来怎么发展？科技时代的无限，首先就是从高性能计算领域开始，毕竟计算机算力足够强大的时候，就能让人类不可能的完成的当下不可能的工作。比如利用AI寻找创新药，寻找新材料，预测未来天气，计算模拟核聚变，宇宙物理学等等等，这种以前做不到的事情，都可以交给计算机去做。就理论而言，只要算力够强，计算机能模拟出现实世界一切，也许有一天电影《黑客帝国》的情景会真的到来。当然这仅仅是理论上。从现实上讲，真要计算机把这些活都干了，你有两个必然的条件：第一是足够便宜的处理器带来其算力，第二足够多的电。显然后摩尔时代对于集成电路而言，就是在提高性能和算力，和尽可能的降低功耗和成本。万变不离其宗，本质还是摩尔定律的追求的更强性能，更低成本，包括但是不限于单个晶体成本的降低，以及单个芯片的每瓦消耗能量后提供的计算力的增加。在爱尔兰，仅仅70个数据中心就消耗了全国14%的能源 ，而有人预测到2030年全球的电力有30%-50%用于计算中心的能耗，包括芯片本身的以及给 它们散热所需要的电力。04后摩尔时代的解药之一——Chiplet当然50%的电力用于数据中心略有些夸大，作者发了之后又把这个预测给删了，他解释道这基于Nature论文中的最坏情况推断，但是这不够严谨，还需要更多论据证明，所以先删了。但是越来越夸张的能源消耗，并不是危言耸听。到最后，高昂的电费会成为悬在摩尔定律以及高性能计算中心头顶的达摩克里斯之剑。就目前而言所能看到，最可靠的解药，也许就是Chiplet。笔者曾经在另外一篇长文里系统的阐述了摩尔定律，后摩尔时代与Chiplet的关系和概念，各位可以再深入解读一下：《》。如果我们再提炼并总结其Chiplet精髓含义，其实就一句话，利用Chiplet概念，我们在各种逻辑芯片，存储芯片和特定功能的芯片（ 如DSP，DPU，FPGA ）中，以及制造它们的工艺，以及如何异构架下集成它们这些问题上，找到一条能平衡P.P.A.F.C（ 功耗，性能，面积，功能性，成本 ）的方法。Chiplet不能解决所有问题，但是能解决一部分问题，不要过分夸大，或者贬低，我们需要的是正视行业发展规律。Chiplet并不是万能的解药，但它是当下最 靠谱的解决方案之一。 （作 者：陈启 启哥有何妙计 ）
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