论文解析——AMD EPYC和Ryzen处理器系列的开创性的chiplet技术和设计

ISCA 2021

摘要

本文详细解释了推动AMD使用chiplet技术的挑战，产品开发的技术方案，以及如何将chiplet技术从单处理器扩展到多个产品系列。

正文

这些年在将SoC划分成多个die方面有一系列研究，MCM的概念也在不断更新，AMD吸收了chiplet架构的理论并应用到实际的设计中。

II. chiplets 驱动力

A. 计算的强大需求

B. 摩尔定律正在解体

C. 大芯片难以挽救

大型SoC的Die大小在不断增长，且正在逼近掩膜的极限。

D. 产品组合

一个产品系列有16、24、32核等版本，每个版本都要分别tapeout，除了流片的成本，还有硅前的物理设计、测试和debug、验证、固件、功耗和热管理优化等成本花销。

III. Chiplet将会延续摩尔定律

A. Chiplet解决方案

Chiplet解决方案是指将整块单die的SoC大芯片划分成几个小的die，在将其通过封装内互联，使之表现的类似于一个完整的SoC。
这种方式可以是很经济的，因为流片的费用和chip大小并非成线性关系。例如晶体管数量为T/2的芯片流片费用将比T个晶体管数量的芯片的一半少很多。
先进制程的良率（yield rate）相比于成熟工艺会低很多，因此对于制造小的chiplet，相比传统的大芯片，能尽早地使用先进工艺。
chiplet的另外一个优势是chiplet将不会受掩膜限制。

B. Chiplet不是免费的午餐

将Chiplet应用在SoC构建有很多潜在的优势，但也带来一些新的成本代价和复杂度。
为了较合适的将SoC划分成正确数量和种类的chiplet，每个Chiplet设计需要预先做大量的工程工作。有很多划分SoC的可能性，但不是所有的选择都满足成本要求、性能需求、IP的简化、成品硅片的复用等等。

Chiplet同样需要新的chiplet间数据传输通路。相比于片上互联的金属导线，chiplet间更长路径的互联将导致潜在的高阻抗、低带宽、高功耗和高延迟，互联开销也将包括跨电压域和时域、协议转换以及串行化/解串的电路，相比于大芯片设计，这些电路将带来额外的功耗和硅面积开销。