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CPU處理器未來技術演進方向後摩爾定律時代,單靠制程工藝的提升帶來的性能受益已經十分有限,DennardScaling規

作者:冬日陽光Lee

CPU處理器未來技術演進方向

後摩爾定律時代,單靠制程工藝的提升帶來的性能受益已經十分有限,Dennard Scaling規律限制,晶片功耗急劇上升,半導體成本不降反升;單核的性能已經趨近極限,多核架構的性能提升亦在放緩。

1)從通用到專用:面向不同的場景特點定制晶片,XPU、FPGA、DSA、ASIC應運而生。

2)從底層到頂層:軟體、算法、硬體架構。架構的優化能夠極大程度提升處理器性能,例如AMD Zen3将分離的兩塊16MB L3 Cache合并成一塊32MB L3 Cache,再疊加改進的分支預測、更寬的浮點unit等,便使其單核心性能較Zen2提升19%。

3)異構與內建:蘋果M1 Ultra晶片的推出帶來啟迪,利用逐漸成熟的3D封裝、片間互聯等技術,使多晶片有效內建,似乎是延續摩爾定律的最佳實作路徑。

主流晶片廠商已開始全面布局:

Intel已擁有CPU、FPGA、IPU産品線,正加大投入GPU産品線,推出最新的Falcon Shores架構,打磨異構封裝技術;

NVDIA則接連釋出多晶片模組(MCM,Multi-Chip Module)Grace系列産品,預計即将投入量産;

AMD則于近日完成對塞靈思的收購,預計未來走向CPU+FPGA的異構整合。

此外,英特爾、AMD、Arm、高通、台積電、三星、日月光、Google雲、Meta、微軟等十大行業主要參與者聯合成立了Chiplet标準聯盟,正式推出通用Chiplet的高速互聯标準“Universal Chiplet InterconnectExpress”(通用小晶片互連,簡稱“UCIe”)。

在UCIe的架構下,互聯接口标準得到統一。各類不同工藝、不同功能的Chiplet晶片,有望通過2D、2.5D、3D等各種封裝方式整合在一起,多種形态的處理引擎共同組成超大規模的複雜晶片系統,具有高帶寬、低延遲、經濟節能的優點。

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