業(yè)界普遍預測未來的計算架構(gòu)將從以處理器為中心逐漸轉(zhuǎn)變成以數(shù)據(jù)為中心，內(nèi)存速度和計算不再是能效瓶頸，數(shù)據(jù)移動的速度正在逐漸成為新的能效瓶頸，本篇文章將詳細介紹后摩爾時代如何通過技術提升來解決瓶頸，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸！

　　從計算為中心到數(shù)據(jù)為中心，急需突破三堵“墻”

　　算力墻的突破：傳統(tǒng)處理器架構(gòu)很難突破算力墻，我們需要在處理器架構(gòu)創(chuàng)新的同時，通過各種DSA異構(gòu)計算，加上現(xiàn)在普遍看好的Chiplet（芯粒）和先進封裝等技術來突破算力墻。

　　? 處理器架構(gòu)創(chuàng)新，多核，并行，片內(nèi)異構(gòu)…

　　? 各種DSA

　　? Chiplet+先進封裝

　　內(nèi)存墻的突破：目前在內(nèi)存本身往更高密度和更高帶寬的形態(tài)發(fā)展外，可以采用串行內(nèi)存接口擴展內(nèi)存，并且基于此做到內(nèi)存池化，以及利用逐漸成熟的新內(nèi)存介質(zhì)來提升內(nèi)存性能，這些相輔相成，來突破內(nèi)存墻。

　　? 更高密度和更高帶寬的內(nèi)存

　　? 串行內(nèi)存接口與內(nèi)存池化

　　?  新介質(zhì)內(nèi)存

　　?  近存計算

　　IO 墻的突破：利用更高速的IO接口，更高效的傳輸協(xié)議以及更低的傳輸延時來突破IO墻。

　　? 更高速的IO接口

　　? 更高效的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，更低的時延

　　? 在網(wǎng)計算

　　算力墻：Chiplet與D2D互聯(lián)-后摩爾時代的芯片集成趨勢

　　由于傳統(tǒng)處理器架構(gòu)對算力的限制，近年來采用先進封裝和D2D互聯(lián)的Chiplet方案流行，一方面，通過高速低延遲的D2D接口可以對所連接的SOC進行擴展/分割，另一方面，D2D可以靈活有效地實現(xiàn)IO口的聚合和分離，針對不同應用實現(xiàn)性能最優(yōu)解。所以，可以預見，采用高速，低延遲，高性能的先進封裝D2D互聯(lián)chiplet方案正在成為后摩爾時代芯片集成趨勢。

　　內(nèi)存墻：DDR5&HBM帶來高帶寬、高容量，將有更廣泛的應用空間

　　高性能計算，人工智能，以及高性能圖形領域，對內(nèi)存的帶寬有巨大的要求，因此高帶寬內(nèi)存 DDR5/HBM在這個領域變得重要起來。目前在數(shù)據(jù)中心和服務器上，DDR4顯得有些吃力，急需更高帶寬更大容量的產(chǎn)品，DDR5應運而生，相比較DDR4，DDR5速率和帶寬均翻倍，在功耗性能上相比于DDR4也做了大量優(yōu)化。隨著Intel和AMD宣布在2022年發(fā)布的下一代處理器上支持DDR5，可以預見，服務器，數(shù)據(jù)中心，和高性能計算等將在2023年大量采用DDR5以滿足其對內(nèi)存帶寬和容量的需求。

　　另一種高帶寬內(nèi)存HBM是用空間換時間，通過堆疊，高互聯(lián)密度，利用較低的頻率來獲得最大帶寬。其最大IO速度可以到達8.4Gbps，最新一代HBM3帶寬已經(jīng)達到驚人的1TB/s。目前除了在一開始的GPU和后來的AI領域被應用外，HBM在CPU領域也逐漸被采用，未來HBM的應用前景將更為廣闊。

　　IO墻：基于PCIE的CXL帶來異構(gòu)計算效率變革

　　說到計算節(jié)點內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸接口，就不得不提PCIe，自從PCI-SIG組織在2003年推出了PCI-Express之后，計算機內(nèi)部高速總線迎來了串行時代，當計算需求越來越高時，以太網(wǎng)開始回到摩爾定律的2年帶寬改進周期，但是PCIe卻沒有跟上，成為瓶頸。PCIe 4.0 雖然姍姍來遲，但也滿足了燃眉之急，使得GPU，F(xiàn)PGA等加速器和host之間的交互瓶頸得到緩解。近年來PCIe演進正在加速，以滿足對日益增長的帶寬需求。目前PCIe 5.0也已經(jīng)商用，未來PCIe 6.0的協(xié)議也已經(jīng)基本完成，單個PCIe 6.0 x16就可以支持800G以太網(wǎng)絡。

　　由于PCIe本身有很多問題，限制了目前計算架構(gòu)的突破（例如樹形結(jié)構(gòu)，不支持一致性等），因此業(yè)界曾經(jīng)產(chǎn)生了不少新的協(xié)議，例如開始由Xilinx主推后來由Arm商用的CCIX， IBM自己搞的OpenCAPI, AMD的Infinity Fabric以及NVidia的NVLink，以及多年前提出來的Gen-Z協(xié)議，到現(xiàn)在Intel最新的CXL。

　　目前看起來由于Intel在服務器市場強大的市占率和話語權(quán)，CXL的前景還是被普遍看好。其底層是沿用PCIe PHY（目前是5.0），上層協(xié)議進行了重新的建構(gòu)。

　　除了我們熟悉的針對PCIE的局限性做出的新的設計，CXL也帶了很多新的應用，內(nèi)存是最典型的，它可以將內(nèi)存和處理器解耦，串行化，并且CXL2.0的switch的支持，可以做到內(nèi)存池化。這會大大提高訪存效率，極大降低成本，增加靈活性。對服務器和數(shù)據(jù)中心的新計算架構(gòu)帶來更多可能性。CXL的推廣將會持續(xù)推動PCIe快速成長。

　　奎芯科技接口IP助力高速數(shù)據(jù)傳輸

　　奎芯接口IP PCIE/DDR/HBM/Serdes系統(tǒng)應用圖

　　在未來的計算架構(gòu)將從處理器為中心逐漸轉(zhuǎn)變成以數(shù)據(jù)為中心同時，奎芯科技攜手優(yōu)秀研發(fā)團隊已完成PCIe3/4的芯片認證（Silicon-Proven），被廣泛應用于各類設備的數(shù)據(jù)傳輸，PCIe5正處于研發(fā)階段。同時用于Chiplet高速互聯(lián)的D2D/Serdes接口以及高帶寬DDR5/HBM3也在同步開發(fā)中，預計2022~2023年將陸續(xù)推向市場，阻力高速數(shù)據(jù)傳輸。奎芯科技通過一系列的技術創(chuàng)新及優(yōu)化升級，打破能效墻、優(yōu)化墻、內(nèi)存墻和高速IO墻，進一步釋放計算潛能，秉持國產(chǎn)化IP的專業(yè)研發(fā)技術，結(jié)合半導體行業(yè)發(fā)展趨勢，提供優(yōu)秀的解決方案助力芯片設計企業(yè)！

　　關于奎芯科技（MSQUARE）：

　　奎芯科技（M SQUARE）于2021年在上海注冊成立，是一家專業(yè)的集成電路IP供應商。作為芯片產(chǎn)業(yè)鏈上游關鍵技術環(huán)節(jié)的企業(yè)，公司推出的高速接口IP，涵蓋USB、PCIe、SATA、SerDes、MIPI、DDR、HDMI、DP、HBM等產(chǎn)品，聚焦高性能計算、人工智能、消費類電子、汽車電子、物聯(lián)網(wǎng)等領域，致力于通過先進半導體IP研發(fā)與定制服務，打造市場急需的IP組合，積極響應中國快速發(fā)展的芯片和應用需求﹐全面賦能芯片設計產(chǎn)業(yè)。