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Jim Keller眼中的芯片設計問題與解決之道

電子發燒友網報道(文/周凱揚)今年的中的之道臺積電論壇上,半導體老將Jim Keller登臺并發表了主題為《2023年需要解決的芯片設計問題》的演講。而去年年底的設計三星Foudry大會上,Jim Keller也曾登臺發表過演講,問題看起來作為初創AI芯片公司Tenstorrent的解決總裁兼CTO,Jim Keller似乎也有了更多的中的之道時間走到臺前,以自己在蘋果、芯片AMD、設計英特爾特斯拉的問題工作經驗,分享自己的解決一些看法。

摩爾定律

“摩爾定律是中的之道否已死?”這個問題縈繞在不少人的心頭,哪怕是芯片業界巨頭也對此持不同的看法,Jim Keller稱自己的設計不少朋友都認為摩爾定律已達終結之日,比如英偉達CEO黃仁勛以及MosaicML的問題CEO Naveen Rao。

黃仁勛的解決觀點大家想必也都已經有所耳聞了,他認為晶體管密度的增長速度已經放緩了,不再是過去那樣每18個月翻倍了,所以像英偉達和蘋果之類的廠商都開始堆芯片面積。而Naveen Rao認為摩爾定律已死則是從成本上來考慮的,他認為工藝節點推進的同時成本也在隨之上升,而且晶圓成本上升的比例遠超過邏輯密度的提升,單元面積內的性能確實是在提升,但單元成本內的性能并沒有提升。

Jim Keller本人是不同意摩爾定律已死這一觀點的,他認為目前技術上確實有一些高難度的限制,但其中有的是實現方式和習慣造成的問題。他舉例稱人腦是目前最低功耗和最高計算密度的物體,既然已經有這樣的證明存在了,自然是可實現的,而不是無法解決的問題。

IPChiplet

在去年的演講中,Jim Keller就將IP的選擇比喻成在家得寶購物,就像購買家居建材一樣,這是一個已知可行的方法,我們也已經踐行了很多年。尤其是對于一些大公司來說,他們很喜歡這種自己動手“組裝”的過程,而且最終也能獲得很好的性能指標。但他也提到,如果你的目標是在A0版流片就用到超高質量的IP陣容,那成本也將變得異常高。

但業界依然在遵循這套流程,這是為什么呢?Jim Keller指出人類尤其是工程師就是這么固執的生物,我們喜歡重復我們已經做過的事,重復其他人做過的事,哪怕這種重復成本極高而且會拖慢產品上市的時間。

而Chiplet的出現帶來了新的流程,首先這種新的封裝方式支持很小的bump pitch,而且不少Chiplet已經集成了高質量的IP,可以直接拿去用不做任何修改。這樣的話你還是可以自己打造IP,通過CAD打造SoC,然后交給代工廠,但這時你可以購買現成的Chiplet,而無需去買一堆IP的授權,最后封裝在一起交付給客戶。
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Chiplet設計流程 / Tenstorrent
這樣一來定制設計的流程就被簡化了,你省去了上述的重復過程,而且在組合的過程中可以選擇不同工藝的Chiplet節約成本。Jim Keller也舉了個例子,同樣的AI引擎,不同的客戶有著不同的要求,比如DRAM容量、DRAM帶寬等等,針對這些不同的需求,你要么花大價錢將這些要求全部設計進去,要么開發幾版設計,而有了Chiplet之后,選擇更多也更容易了,比如DDR5控制器、HBM控制器、GDDR6控制器乃至組合控制器等等。

開放制勝

鑒于Tenstorrent目前已經開始基于RISC-V開發AI處理器Ascalon,Jim Keller也對開源開放發表了自己的見解。他以Linux為例,雖然做出一些先進設計挑戰很大,但Linux選擇了兩步走來解決問題,第一就是將問題切分開來,第二就是讓一大批人共同參與進來,這樣一來就靠人數的優勢分攤了開發成本。
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開源RISC-V處理器和Tenstorrent自研RISC-V處理器 / Tenstorrent
在從零開始開發芯片的工作中需要一大批工具和資源,比如參考模型、測試環境、編譯器、操作系統、向量庫等等,而Tenstorrent在基于RISC-V開發的過程這些資源都是直接下載就好,Linux可正常運行、LLVM可正常運行、GCC可正常運行,還有OpenRoad、OpeNPDN這樣的開源物理設計工具。

Jim Keller再次以RISC-V作為例子,他提到了今年底即將舉辦的RISC-V峰會,強調Tenstorrent提交了7份報告上去,最終RISC-V國際基金會只接受并安排了其中兩個,Jim Keller對此還挺懊惱的。

但他們得到的回應是,本次峰會收到的報告太多了,不得不限制在每家公司最多兩個。他表示,這就是目前RISC-V目前開源開放生態的優勢,x86就沒有這樣的論壇,Arm生態也沒有這樣的勢頭,開源開放將是解決挑戰制勝的一大關鍵,這一說法也同樣適用于前面提到的Chiplet。

小結

雖然Jim Keller在上面已經提到了不少解決設計問題的實際方法,但他認為最困擾一些設計工程師的是固有思維?!叭绻阏J為這個問題是無法解決的,那么它將永遠不會得到解決。解決問題同樣需要自己可以成功的信念,并去推翻那些基本原則。”

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