芯东西（ID：aichip001）编 | 韦世玮
芯东西2月20日消息，本周，IEEE固态电路会议（ISSCC）在旧金山举行。在该会议上，法国研究机构CEA-Leti展示了一个用6颗芯片集成的96核处理器。
随着芯片技术的发展，越来越多的研究人员都将计算机系统集成到一颗芯片上，例如智能手机和服务器等设备常用的片上系统（SoC）。
但这类芯片设计的复杂性较高，研发成本也不小。目前一些较为先进的处理器，如AMD的Zen 2处理器系列，实际上是通过单个封装中的高带宽连接，将芯片集成在一起。
CEA-Leti作为作为法国替代能源和原子能委员会（CEA）的技术研究所，曾率先研发微纳米技术，以及创新医疗保健、能源、运输和信息通信等重要技术，为法国国防安全、工业技术研究和生命科学领域的研究做出了重要贡献。
而CEA-Leti这次研发的这颗96核处理器，无疑是对该芯片技术未来发展新路径的一次重要尝试和探索。
01
采用有源中介层3D封装技术
从设计上看，CEA-Leti的这颗芯片将6个16核芯片堆叠在一个叫做有源中介层（Active interposer）的薄硅片上。
据了解，Active interposer是一种3D封装形式，中介层（interposer）里包含电压调节器和一个网络，其中该网络将内核的偏上存储器各个部分连接在一起。而与之相区别的，是一种叫做无源中介层（Passive interposer）的2.5D封装形式，但中介层中只存在电路。
“如果要将接口并不兼容的供应商A芯片和供应商B芯片集成在一起，就需要一种将它们粘合在一起的方法。”CEA-Leti的科学主管Pascal Vivet谈到，把它们粘合在一起的唯一方法就是使用中介层里的有源电路。
简单地说，就是有源中介层技术能够将完全不同的技术，以及多个不同芯片供应商的芯片集成到系统中。
02
中介层的两个特点
中介层的特点之一，就是它拥有片上网络（NoC），它使用三种不同的通信电路来连接内核的片上SRAM存储器。
具体来看，存取最快的存储器（L1和L2高速缓存）是直接相连的，它们之间没有额外的电路。而高速缓存连接的下一级（即L2到L3）和中介层都需要内置一些网络智能设备，L3高速缓存和片外存储器之间的连接亦是如此。
总的来说，该系统每平方毫米的数据传输速率能够达到3 Tb/s，延迟仅为每毫米0.6ns。
此外，中介层还拥有通常在处理器上使用的电压调节系统。
处理器经常使用一种被称为低压差稳压器（Low-dropout regulator，LDO）的电路来调节电压水平，以节省电能。
基于此，Vivet的研究团队选择了更为节能的开关稳压器，这一电路的缺点通常是需要占用芯片外电容的空间。但Vivet说，中介层有足够的空间来集成电容器，这些调节器帮助芯片实现了每平方毫米156毫瓦的功耗。
03
小成本和灵活设计方案成研究方向
与CEA-Leti的芯片原型不同，依赖芯片的商用系统使用的硅中介层并没有嵌入有源电路，甚至许多系统也不使用硅，而是依靠有机电路板材料、或是嵌入有机板中的小块硅片。
但这些并不是简单的混合匹配系统，该系统需要在芯片和集成它们的封装之间，进行大量的协同设计。
一直以来，芯片研究人员们一直想要重新构建片上系统行业，以便借助标准化接口，轻松整合来自多个供应商的芯片，实现成本更小、设计更灵活的混合搭配系统。但是，这一行业还未存在，也许在研究人员的共同努力下，我们能够在未来见证它的发展。
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