半導(dǎo)體市場與幾年前相比發(fā)生了巨大變化。云服務(wù)提供商希望定制硅片并與合作伙伴合作進(jìn)行設(shè)計(jì)。長期以來被討論為未來時態(tài)的芯片和 3D 設(shè)備是市場中一個不斷增長的領(lǐng)域。摩爾定律？它仍然存在，但制造商和設(shè)計(jì)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(kuò)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(dǎo)體公司繼續(xù)能夠以某種可預(yù)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(shè)計(jì)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(shí)際意義上講，這意味著個人電腦制造商、手機(jī)設(shè)計(jì)師和軟件開發(fā)人員可以規(guī)劃出源源不斷的硬件進(jìn)步。

登納德縮放比例在 2006 年實(shí)際上已經(jīng)停止了。需要找到讓“倉鼠輪”繼續(xù)轉(zhuǎn)動的新技術(shù)——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(jì)算的 NVIDIA GPU。這款 90 納米并行協(xié)處理器上市時，擁有當(dāng)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(jì)算機(jī)已榮登500 強(qiáng)榜。現(xiàn)在，榜單上近 90% 的系統(tǒng)都配備了 GPU。

XPU 誕生

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

在閱讀了一篇關(guān)于人工智能中概率計(jì)算興起的文章后，麻省理工學(xué)院的學(xué)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(jì)算概率的設(shè)備，以降低深度學(xué)習(xí)推薦模型或欺詐檢測等任務(wù)所需設(shè)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(xùn)練和推理的定制 AI 加速器 ( XPU ) 是半導(dǎo)體行業(yè)增長最快的細(xì)分市場之一。粗略地說，650 Group 等分析師認(rèn)為，XPU 可以（或者應(yīng)該）比 GPU 降低 20% 或更多的功耗。Lyric 可以說提出了兩個關(guān)鍵思想。第一，AI 需要自己的芯片架構(gòu)。第二，設(shè)備設(shè)計(jì)（而不是晶體管密度）可以推動該領(lǐng)域的進(jìn)步。

Chiplet 誕生

他是 RISC 的先驅(qū)。他幫助創(chuàng)建了 RAID。如果你把加州大學(xué)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(dá)到平流層。

Patterson 和他的實(shí)驗(yàn)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(yùn)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(shè)備推向市場的風(fēng)險、成本和時間。它們可以推遲重新組裝設(shè)備組以適應(yīng)這些大型單片芯片。

隨著時間的推移，chiplet 還將使公司能夠?qū)Ｗ⒂谧约旱膬?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(shè)計(jì)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(jì)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(shù)語，惠普首席執(zhí)行官 Lew Platt 發(fā)起了一項(xiàng)將計(jì)算能力作為服務(wù)出售的計(jì)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(wù)提供商 (CSP) 的崛起。跨國 CSP 構(gòu)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(fù)載或任務(wù)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(chǔ)設(shè)施的龐大規(guī)模為上述所有技術(shù)開辟了一條進(jìn)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(shí)際上仍處于早期階段。使用專用和/或定制計(jì)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(yù)計(jì)將有越來越多的客戶尋求定制解決方案。“定制”可能包括完全獨(dú)特的定制設(shè)計(jì)，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(dú)特硅片集。許多優(yōu)化的定制設(shè)計(jì)將基于小芯片設(shè)計(jì)。

這些設(shè)計(jì)原則還將擴(kuò)展到更廣泛的產(chǎn)品領(lǐng)域。用于 5G 基礎(chǔ)設(shè)施的定制基帶控制器、用于提升服務(wù)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(shí)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(jìn)入市場的第一批浪潮。PCIe 重定時器和 CXL 控制器構(gòu)成了第二波新興浪潮，專注于改進(jìn)互連。

雖然半導(dǎo)體行業(yè)在前 50 年的發(fā)展重點(diǎn)是減少主板上的芯片數(shù)量，但我們即將進(jìn)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(shè)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