小芯片不僅拯救了AMD 還有望延續摩爾定律并避免能源危機

為了讓芯片能夠更快，設計師往往需要將核心做得越來越大，但這也極大地提升了制造難度。好消息是，在 AMD 的引領下，行業正在積極擁抱“小芯片”（chiplet）設計。在 2009 年痛苦地決定退出芯片制造業務后，該公司一直試圖扭轉命運，以重新殺入多年來被英特爾主導的服務器芯片市場。

遺憾的是，當時 AMD 高管們得出的結論是，該公司并無足夠的資源，去和 Intel 在廣泛的服務器芯片領域展開正面競爭。

對于規模較小的 AMD 公司來說，這么做不僅極其昂貴且困難，也無法讓該公司的服務器芯片脫穎而出。

AMD 高級副總裁 Samuel Naffziger 回憶稱，當時他們手里只剩下了一枚可打出去的子彈。

一番回顧和頭腦風暴之后，AMD 工程師們提出了“小芯片”的設計理念，并于未來幾年成為了一種主要的芯片設計形式。

具體說來是，他們沒有嘗試將大量功能打包到一塊大硅片上，而是由四個獨立的部分來縫合出旗艦芯片。

這種新方法對 AMD 形成了巨大的推動力，Naffziger 認為這是近期行業中最偉大的工程成就之一，因為它一招化解了諸多難題。

盡管 AMD 起初是為了滿足自身需求而發明了小芯片設計方法，但通過將芯片分解成更多更小的部分，它還成功地降低了 40% 的制造成本。

與競爭對手相比，這也讓該公司能夠輕松規劃一整套服務器芯片 —— 根據實際需要進行增減，以提供覆蓋多個性能 / 價格檔位的 SKU 。

更棒的是，通過向小芯片轉型，AMD 得以重復使用兩枚服務器小芯片，并設計出成本更低、同時適用于臺式機的型號，從而斬獲更豐厚的市場利潤。

在蘇姿豐博士接管公司后，小芯片計劃讓 AMD 的營收，從 2015 年的 40 億美元、增長到了 2021 年的 164 億美元，并且有望挽救經典的摩爾定律。

AMD 多年前取得的成就，現正成為行業的一個典范。即使競爭對手 Intel，也在規劃基于小芯片設計的產品。

此外業內其它企業正商議構建一套標準，以在有朝一日允許在一個封裝中，混合并匹配來自不同供應商的硅 IP 。

世界正以極快的增長速度來生產和處理數據，若沒有小芯片的加持，制造過程將變得過于昂貴、且難以繼續為軟件開發者提供每年所需的計算能力飛躍。

從長遠來看，那些較舊的芯片設計將消耗過多的功率，并遲早在經濟效益上變得不再切實可行。TechInsights 芯片經濟學家 Dan Hutcheson：

我們將陷入這樣一種境地 —— 即你只能不斷購買具有相同性能和功能封裝的一個又一個盒子。

最后只能這樣二選一 —— 要么擴展建設更多的數據中心和發電廠，要么就忍受互聯網和數據增長的減緩。

小芯片概念讓人著迷的另一個方面，是它可以延續戈登·摩爾在 1965 年撰寫的開創性論文中提出的“摩爾定律”—— 即隨著晶體管密度的翻番，芯片每兩年會變得更快更便宜。

與此同時，摩爾描述了將單個芯片分解成更小部分的經濟性、有朝一日會變得更有意義。混合與匹配組件的方式，將為系統設計人員提供更大的靈活性，輔以性能提升等益處。

事實證明，用較小的功能構建大型系統可能更經濟，這些功能分別打包和互連，”摩爾寫道。

大型功能的可用性與功能設計和構造相結合，應該使大型系統的制造商能夠快速且經濟地設計和建造大量不同的設備。

事實上，早在 1964 年，IBM 就已經在構建包含小芯片的概念系統，當時這也是實現必要計算能力的唯一方法。

幾十年來，IBM 等公司繼續沿著這條路線走下去，并將小芯片的松散概念，運用到了最復雜、最昂貴的超算和大型機等系統。

問題在于過去的小芯片復雜且昂貴，但近年來，廠商正努力將更多功能整合到單個硅片上。

除了智能手機 SoC，我們還在一些服務器處理器、以及采用 Apple Silicon 的筆記本 / Mac 主機上運用最新的設計。

制造方面，隨著芯片規模的日漸提升，即使有了先進工藝的加持，較大的硅片面積也會導致良率的降低。

不過 Jefferies 的研究表明，通過小芯片的靈活運用，制造商可輕松將服務器芯片的尺寸，做到典型 PC 芯片的五倍大。

至于 GPU，英偉達、AMD 的技術路線和側重點也不盡相同。此外 Intel 高級研究員 Debendra Das Sharma 表示：

通過將內存也封裝到異構的單芯片系統中，SoC 還可獲得高內存帶寬、低延遲、低功耗等巨大收益。

混合匹配的小芯片，使得芯片廠商能夠為有特定需求的大客戶輕松定制各種硅片 IP，比如常用于 AI 計算任務的加速計算。

但若一個客戶需要用于特定類型的 AI 芯片，英特爾還可借助通用加速器來代替更專業的加速器。

最后，通用互連小芯片尚未成為現實，但據幾位行業觀察家所述，新版標準或于 2025 年前后推出。