作者
Liu Yafei1, Li Xiangyu2, YIN ShouYi1, Review of chiplet-based design: system architecture and interconnection, SCIENCE CHINA Information Sciences, 2024, ISSN 1674-733X, https://doi.org/10.1007/s11432-023-3926-8.
1School of Integrated Circuit, Tsinghua University, Beijing 100084, China;
2Laboratory of Integrated Circuits and Intelligence Systems, Research Institute of Tsinghua University in Shenzhen,
Shenzhen, 518057, China
摘要
正文
业界尚未提出通用的和清晰的系统级架构设计方法。
设计挑战
封装-设计的协同优化对获取chiplet系统良好的PPAC很关键。
选择合适的chiplet划分方案，以减少由于划分导致的潜在的性能损失
这种性能损失包括带宽和延迟。
除了普遍要考虑的访存瓶颈和掩模版限制，同构的多核处理器主要关心规模化和非一致性访问延迟，异构多处理机SoC（MPSoC）主要关心计算效率；
额外的成本考虑，包括接口电路的硅面积、额外的封装成本、额外的掩膜成本、以及接口电路的功耗。
chiplets的可复用性也影响了整体系统的成本。
带宽/延迟的损失和碎片化的片上网络导致互联设计的困难
由于物理限制，inter-chiplet相比intra-chiplet有更低的带宽和更高的延迟
chiplet方法使设计更加碎片化，而各个部分独立设计和验证导致额外的“通信跳跃”和传输的不确定性，比如死锁问题。
封装方案决定了D2D接口的带宽和链路上的延迟，封装成本也在考虑之内
系统架构分类
系统架构可以分成两个类别，封装集成和SoC分解。
封装集成是将板级设计的集成映射到封装种，比如处理器和存储的集成，不同架构处理器的集成。
SoC分解是将大芯片的SoC分成多个chiplet。
封装集成
包括处理器和存储的集成，CPU和GPU等异构处理器的集成。
为了解决日益增长的处理器内存带宽需求，使用嵌入式存储或者封装集成存储，比如Intel Haswell 处理器将eDRAM和CPU通过on-package-IO集成在一个封装种；AMD在RadeonTM Fury芯片中通过silicon interposer技术将GPU和high bandwidth memory（HBM）堆叠在一起。
异构处理器在同一封装中集成提升系统性能。例如Intel的Kaby Lake-G处理器在同一封装中通过PCIe接口集成了AMD的显卡，性能相比板级连接提升了40%，并节省了50%的板级空间。此外，网卡设备、DPU等也受益于封装集成技术的高带宽接口。
通过同构chiplets连接拓扑的SoC分解
通过计算/架构划分的SoC分解
通过一个架构die，即通常所说的IO die，作为系统的互联中心，连接计算和存储chiplets。
中心化的互联促进了chiplet间通信延迟的一致性，减少了NUMA影响；fabric die和计算die可以使用不同的工艺节点，减少了系统成本。同时由于路由逻辑转移到fabric die中，简化了计算die的设计难度；fabric die也简化了封装设计难度。
通过多处理器划分的SoC分解
将MPSoC基于功能单元分解为多个异构处理器。
例如志强可扩展平台“Granite Rapids”，使用计算性能核（P-core）+ IO chiplet的架构，性能核可以达到8个。
基于tile分布架构
Nvidia SIMBA深度神经网络加速器
特殊的chiplets系统设计
cache chiplets技术促进了内存设计的进化
Intel的Ponte Vecchio处理器的RAMBO作为额外的三级cache节点。
AMD的3D V-cache技术可以灵活的扩展cache的容量。
封装平台和可复用的基板降低了开发成本，减少了开发时间
自动化设计工具辅助设计空间探索和架构仿真
互联拓扑
ring互联设计简单，序属性简化了cache一致性的实现
AMD Zen2
更高半径、可扩展的mesh互联可解决大量chiplets互联的问题
Nvidia SIMBA深度神经网络加速器
SIAM in-memory-compute计算架构
互联拓扑的优化
silicon interposer相比传统的MCM方案可获得更高的带宽和更低的功耗
active相比passive interposer可以有更好的性能和链路长度
有源中阶层需要更大的面积，但通常导致更低的良率。
自定义的拓扑结构相比标准的拓扑有更好的能效和性能
无死锁路由
虽然单独的die被设计的无死锁，但当不同的die互联后，新的死锁会产生。
根据路由实现的特征，有两种路由策略：分布式和集中式。
中心化路由通过控制网络获取网络中每个节点的工作状态，软件根据路由信息灵活的自适应路由
software-defined NoC（SDNoC），控制网络和数据网络分离。
参考文献
评
本文主要介绍了当前主要chiplet系统的分解方案及其优劣，对异构chiplets系统的互连拓扑做了详细分析，介绍了chiplets间的死锁原因和解锁策略，同时对不同chiplets系统的封装方案也做了辅助介绍，也特别强调了架构-封装设计的协同。整体来说，是一篇对chiplets架构设计做了全面论述的好文章。
网络直径diameter：top中任意两点之间最短路径集合的最大值
跳数hop count：一个路由节点到下一个路由节点称为一跳
