Чиплеты против ASIC: победа гибкости над специализацией?

Что такое чиплеты?
Чиплеты (от англ. chiplets) — это небольшие полупроводниковые кристаллы (дизайн-модули), которые собираются в единый корпус (пакет) для построения более крупной системы. Идея состоит в том, чтобы разбивать функциональные блоки будущей микросхемы (SoC, CPU, GPU и т.д.) на отдельные кристаллы, каждый из которых отвечает за определённую часть логики (например, вычислительные ядра, модули памяти, интерфейсы ввода-вывода и т.д.). Эти кристаллы затем соединяются на общем субстрате или с помощью промежуточного слоя (интерпозера) в один высокоплотный модуль.

Какие бывают виды чиплетов?

1. Процессорные чиплеты (Compute Chiplets). Отвечают за основную вычислительную логику (ядра CPU/GPU).
2. Чиплеты памяти (Memory Chiplets). Содержат буферную память или высокоскоростную память (например, HBM), располагающуюся рядом с вычислительными блоками.
3. Интерфейсные чиплеты (I/O Chiplets). Управляют внешними интерфейсами (PCIe, Ethernet, USB и пр.), обеспечивают связь с другими устройствами.
4. Специализированные чиплеты. Могут включать модули для DSP (Digital Signal Processing), логики для работы с ИИ (NPU), криптографии или других специфических задач.

Конкретное разделение обычно зависит от производителя и сценария использования. Некоторые компании разрабатывают универсальные чиплеты для разных устройств, а другие — более специализированные модули.

Преимущества перед ASIC
ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) — это интегральная схема, создаваемая для строго определённой задачи. Вот несколько сравнений и преимуществ, которые могут дать чиплеты:

1. Упрощённая разработка и гибкость.
   • При создании ASIC разрабатывается монолитный чип, что требует комплексного проектирования всех блоков единовременно.
   • Чиплеты позволяют использовать готовые проверенные блоки (кристаллы), сочетать их в разных конфигурациях, ускоряя выход продукта на рынок и упрощая процесс проектирования.
2. Лучшая масштабируемость и повторное использование.
   • Если требуется добавить новые функции или увеличить вычислительную мощность, можно внедрить дополнительный чиплет вместо разработки всего чипа заново.
   • Снижаются затраты, так как один и тот же чиплет может применяться в нескольких продуктах.
3. Экономия на производстве и лучшие выходы годных кристаллов.
   • Производство крупного монолитного чипа (ASIC) может быть менее рентабельным из-за большого размера кристалла, что повышает вероятность брака и уменьшает выход годных экземпляров.
   • При чиплетной архитектуре бракованная часть (один кристалл) может быть заменена без выбраковки всего большого чипа, что помогает повысить общий выход годных устройств.
4. Возможность гибкого сочетания технологических процессов.
   • Разные блоки чиплета могут выпускаться по различным технологическим нормам (например, вычислительный чиплет на 5-нм, а интерфейсный — на 12-нм). Это даёт возможность лучше оптимизировать стоимость и производительность, выбирая подходящий техпроцесс для каждой части.
   • В случае ASIC обычно всё создаётся в рамках одного процесса, что может быть неоптимально.
5. Модульный подход к масштабированию производительности.
   • При необходимости выпуска высокопроизводительных процессоров производитель может расширить количество вычислительных чиплетов, оставив остальные части системы без изменений.
   • Это уменьшает затраты на повторное проектирование и testing для каждой новой модели.

Таким образом, чиплеты дают большую гибкость и масштабируемость по сравнению с ASIC, что особенно актуально в сложных системах (например, современные серверные процессоры, нейронные ускорители или графические ускорители). Тем не менее ASIC, ориентированные на узкие, но высокопроизводительные задачи, всё ещё применяются там, где важны наивысшая энергоэффективность и максимизация вычислительной плотности под одну конкретную задачу.