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（原标题：NoC，成为膺惩技巧）

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开端：内容由半导体行业不雅察（ID：icbank）编译自semiengineering，谢谢。

片上收罗 (NoC) 已成为一项膺惩技巧，它使芯片的复杂性不断增长，但当联想走向 3D 时，或者当第三方Chiplet变得浩繁时，尚不了了 NoC 将如何发展或会产生什么影响将禁受Chiplet架构。

NoC使数据概况在异构筹商元素之间移动，同期最大规章地减少集中它们所需的资源。不错对 NoC 的拓扑、铺张的资源以及与界说带宽的流量干系的延迟进行量度。NoC 还不错匡助保持漫衍式筹商元件之间的数据一致性。

Arteris措置决议和业务开发副总裁 Frank Schirrmeister 暗示：“每个联想齐需要一个 NoC，或者不错从中受益，即使是较小的联想。” “关于相等复杂的联想，您可能会在芯片上看到卓绝 10 个 NoC 的头绪结构。有几个原因。第一个是联系域和非联系域的分离。第二个是芯片安全的膺惩性是搀和的。其中一部分仅仅分而治之。跟着越来越多的头绪结构被集中起来，东谈主们很天然地通过不同的领域来分离联想、问题。”

图 1：分而治之，浮现使用联系和非联系(coherent and non-coherent) NoC IP 集中的不同块通讯收罗不断发展。

“人所共知，NoC 在 20 世纪 90 年代初就出现了，它具有各式专有已毕来措置咱们如何处理多处理器中枢以及它们在我方的内存域除外进行通讯的才气的问题，”西门子数字化工业软件公司的 IP考证居品司理 Gordon Allan 说谈 。“那时开发了分组组织的片上收罗拓扑，用于漫衍式处理。刻下，2.5D 和 3D-IC 正在为通讯拓扑带来新的机遇。几十年来发生的革命不错通过 3D-IC 以新的方式不时下去，因为它概况以相等快速、相等凡俗的收罗安排让更多的中枢聚集。”

跟着 3D 芯片构造天下的弘扬，联想头绪变得更深。Fraunhofer IIS 自适合系统工程部高效电子部门正经东谈主 Andy Heinig 暗示：“大型、复杂的多核Chiplet需要新主见来已毕内核、内存和外设之间的高等通讯。” “这么的通讯结构必须是分层的，芯片上至少有一个头绪结构，而衔尾两个芯片的系统层上至少有一个头绪结构。”

奏凯意味着 NoC 基本上保持隐形。“NoC 必须跨芯片和Chiplet无缝膨胀，”Achronix 副总裁兼首席技巧各人 Raymond Nijssen 暗示。“这关于以封装表率已毕系统至关膺惩，这关于扩大技巧畛域以保持摩尔定律的活力至关膺惩。从联想角度来看，使用Chiplet间 NoC 不需要新的契约或使用模子，这少许也很膺惩。举例，若是现存的芯片内 NoC 在 AXI 端口之间传输事务，那么Chiplet间 NoC 应该看起来是相似的。”

刻下看来至少不错通过三种方式来措置总体问题。Blue Cheetah 融合独创东谈主兼首席实行官埃拉德·阿隆 (Elad Alon) 暗示：“第一个是单一供应商，这意味着一家公司不错灵验规章悉数部件，包括悉数Chiplet。” “他们会作念任安在特假寓品或居品系列中特兴味的事情。另一个极点是即插即用Chiplet阛阓。公司在这里构建Chiplet，我不错购买这些Chiplet并将它们集成在一谈以形成私有的联想。它不仅条件功能按照我想要的方式进行分手，而且条件它们在电气和机械上兼容，悉数契约礼聘一致，况且在所需的用例中特兴味。”

图 2：Chiplet 用例

这是一个不可能已毕的生机吗？“若是您在一个封装中比肩扬弃了确凿的异构系统，可能使用 EMIB 式集中或基板集中，那么您不错在每个封装上使用圭臬接口，举例 UCIe，”西门子的 Allan 说谈。“您不错通过正大( tunnel)传输更高等别的契约，或者将它们分层，举例以太网、CXL 或 PCIe。您的芯片具有不同的几何面容、不同的厚度或不同的电气特点并不膺惩。封装中将存在与芯片周围留出的空间干系的属性。但一般来说，这等于Chiplet的兴味所在。您不错集成这些异质、不同几何面容的模具，而不会产生任何成果。”

在咱们已毕这一筹商之前，第三种步调正在受到热心。“多供应商生态系统正在兴起，”Blue Cheetah 的 Alon 说谈。“这里的区别在于一组公司之间存在和解。他们蚁合在一谈，像大型合座组织相似进行筹算。若是 A 公司擅长任务 X，而公司 B 擅长任务 Y，那么咱们将如何将这些东西组合在一谈。该居品是事先构念念的，是针对特定的筹商阛阓和筹商规格而联想的。东谈主们知谈他们需要建造什么。”

热心点分离

分层联想依赖于一些不错提供权贵上风的基本原则。“有多种方式不错已毕这少许，”Arteris 的 Schirrmeister 说谈。“开发团队不错是漫衍式的，况且可能有多个学科，但不成有余交融另一个学科的使命。举例，可能有别称安全岛各人正经硬件安全模块子系统。他们不需要了解联系 CPU 集群的任何信息，即 4×4 个 CPU 连贯地集中。”

安全问题日益受到热心。“先进的 NoC 自身必须提供复古安全性的功能，”Fraunhofer 的 Heinig 说。“在绽开式Chiplet系统中，每个节点齐可能导致安全问题，因此需要先进 NoC 的主见来弥补这些差距。”

但 NoC 无法妨碍。“大浩繁东谈主联想这些东西时，NoC 看起来本质上是透明的，除了存在特别的延迟这一事实，”Alon 说。“但从功能角度来看，你不应该概况分辨出来。话虽如斯，东谈主们不想在某个场地进行盲切。若是你这么作念，你可能会在数据接口上给我方带来更多的带宽恶运和恶运，而若是你对事物进行略微不同的分区，则可能会形成更多的恶运。”

稳妥的功能畛域还有其他平允。“手脚东谈主类工程师，咱们如何充分掌合手合座联想的复杂性以便概况对其进行考证？”艾伦问谈。“咱们一直说这个联想太大了，难以交融。好吧，不，若是咱们将其充分空洞为咱们不错交融的头绪结构和组件，那就不是这么了。咱们不需要一下子交融悉数内容。咱们需要了解今天正在考证的细节，不管是初级块、Chiplet、两个Chiplet之间的接口照旧该接口上承载的收罗契约。这种热心点的分离使咱们概况超越摩尔定律，同期仍然了解咱们本质联想的内容。”

从上至下照旧从下到上？

半导体行业遥远禁受从上至下的筹算与从下到上的实施和考证相衔尾的方式。跟着 IP 构建块模子的开发，这少许得到了恬逸，况且当这些块被硬化为Chiplet时，启盈配资这少许瞻望会变得愈加显然。

但是，一些从上至下的问题需要回话。“如何联想由Chiplet构建的系统？”Schirrmeister问谈。“从顶部运行，存在一些架构问题，举例触及各式接口和带宽条件不错容忍的延迟的问题。接口是双向的吗？您需要若干个channels？已往有 PCIe 通谈，但刻下有 UCIe 通谈。你需要在芯片上扬弃基板，况且需要计划这些架构效应。”

但到刻下为止，这只需要诽谤层级即可。“一家公司可能筹商在一个居品系列中或几代居品中使用单独的Chiplet，”Alon说。“他们会对每个分区提供的功能有终点防范的程序，这如实意味着你必须先作念出一些礼聘，举例联系契约的防范信息以及每个Chiplet具有哪些功能。一般来说，唯独你在功能上了解两侧发生的情况，东谈主们就不错适合地提供这些东西。”

契约成为中枢架构决策。“若是我有一个依赖于缓存一致性的处理器，可能与另一个Chiplet，它可能会讲 CHI，”Schirrmeister 说。“有东谈主使用 CXL，这是一种略有不同的一致性口头。这等于Chiplet上的 NoC 所要抒发的内容。然后你需要弄了了数据是如何打包的。有用于流式传输的接口，举例 AMBA CXS。UCIe 有一个叫作念 FDI 的东西，它是一个 Flit 接口，其中这些并行位基本上呈现给链路层，而 PHY 则承载数据。它会影响性能，因为您正在打包数据。天然这些身分会更正延迟，但移动到不同的技巧节点也会更正延迟。”

圭臬化机构正在力争使其合理化。“ODSA OCP 程序界说了两个主见，”Alon 说。“一个是接口设置文献，另一个是总线变体。接口设置文献界说为：“该Chiplet具有一组特定的芯片障碍口，将承载以下契约组。”举例，接口设置文献可能会说：“我佩戴了一定数目的 AXI 央求端口和一定数目的反应器端口。”这是它们的封装方式。它界说了可用于该 NoC 集中点的契约集以及它们的承载方式。第二个主见是总线变体。当你说某物使用 CHI 时，这并不是一个独一的界说。东谈主们会在特定领域进行许多礼聘和优化。总线各异是一种证实该特定接口正在使用该特定版块契约的方式。从合座性能 NoC 的角度来看，这并不成保证一切齐能达到东谈主们想要的性能水平。但至少在功能上，它暗示这些接洽不错以一致的方式确立，唯独每个东谈主齐发布了他们在该畛域本质上正在作念的事情。”

通讯契约的每一层齐在快速跨越。“咱们看到以太网正在野着同步、时辰敏锐契约的标的发展，”艾伦说。“字据处理器的功能，咱们可能会看到芯片之间同步收罗的一些革命。有些东谈主但愿将光学技巧带到桌面上。咱们将看到transport领域的革命，UCIe 等于其中之一。不管是分组化照旧同步收罗，拓扑和步调齐会有革命——致使可能雷同于旧的令牌环收罗（token ring networks），在其中创建带宽，若是需要，您不错使用该带宽。这是一个去中心化的组织，而不是一个从上至下的组织。”

通过在软件包中引入更多功能，延迟和带宽将会发生要紧变化。此外，即使与单芯片措置决议比较，通过禁受 3D 技巧来镌汰距离也将减少通讯时辰。Achronix 的 Nijssen 暗示：“在悉数情况下，跨芯片的 NoC 事务齐会受到延迟影响，即使在 3D 情况下亦然如斯，尽管经过较小。” “Chiplet之间的带宽将会少得多，况且Chiplet之间的功耗也会加多。这与莫得 NoC 的多芯片路由莫得本质区别。不同之处在于，NoC 在沟通的物理集中上复用事务，况且不错在不同流之间量度 QoS（如延迟）。这种建模的一个挑战是大浩繁联想尚未指定通讯块之间的延迟拘谨。”

简而言之，并非每个东谈主齐需要沟通的措置决议。“当你干涉绽开式Chiplet环境时，正如东谈主们所但愿的那样，你需要圭臬，”Schirrmeister 说。“你必须作念出决定，这最终将围绕驱动某些子集的生态系统类型。Imec 发起了一项汽车Chiplet筹商，其中一项研究是您在该生态系统中需要什么接口。这关于数据中心东谈主员来说可能行欠亨。消费开荒可能会有很大不同。它本质上是咱们照旧靠近的片上分层 NoC 挑战的蔓延，但刻下边对 2.5D 和 3D 环境的认识，它变得愈加复杂。”

瞻望这种情况会跟着时辰的推移而更正。“想象一下，五年后，咱们将不再指摘 UCIe 兼容Chiplet的生态系统，”Allan 说。“咱们可能会研究更高层的兼容性，举例，chiplet 不错提供的某些收罗拓扑，不错手脚 SIP 开荒轻佻即插即用地参与某些收罗。圭臬化使咱们概况想象如何措置这个问题。这是必要的一步，它使咱们在 EDA 领域概况提供基于圭臬的考证 IP。”

但到达那处的谈路可能需要较小的面容。“至少在接下来的几年里，咱们本质上无谓措置最阻碍、最辣手的一般问题，”Alon说。“咱们只需要让东谈主们蚁合在一谈去追求特定的筹商阛阓，而这种情况正在发生。这些问题并莫得磨灭。但若是你尝试专门针对给定筹商措置它，而不是你可能作念的悉数可能的事情，你不错更快地取得牵引力。”

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