英特爾展示全球首款基于UCIe連接的Chiplet CPU

英特爾 CEO 帕特·基辛格（Pat Gelsinger）在 Innovation 2023 大會(huì)上展示了全球首款基于 UCIe 連接的 Chiplet（小芯片）處理器，該芯片采用 Intel 3 工藝節(jié)點(diǎn)上制造的 Intel UCIe IP 芯片，與在臺(tái)積電 N3E 節(jié)點(diǎn)上制造的 Synopsys UCIe IP 芯片配對(duì)。兩個(gè) Chiplet 通過(guò)英特爾的 EMIB 接口進(jìn)行通信。

通用 Chiplet Interconnect Express（UCIe）接口得到了眾多行業(yè)巨頭的支持，例如英特爾、AMD、Arm、英偉達(dá)、臺(tái)積電和三星以及其他 120 家公司。該互連設(shè)計(jì)旨在通過(guò)開源設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化 Chiplet 之間的芯片間互連，從而降低成本并培育更廣泛的經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的 Chiplet 生態(tài)系統(tǒng)。

當(dāng)今的多 Chiplet 封裝使用專有接口和協(xié)議相互通信，這使得廣泛采用第三方 Chiplet 成為一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。UCIe 的目標(biāo)是創(chuàng)建一個(gè)具有標(biāo)準(zhǔn)化接口的生態(tài)系統(tǒng)，以便有一天芯片制造商能夠簡(jiǎn)單地從其他設(shè)計(jì)人員那里選擇 Chiplet，并以最少的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證工作將它們?nèi)谌氲叫略O(shè)計(jì)中。

UCIe 聯(lián)盟于 2022 年成立，已經(jīng)獲得了芯片制造行業(yè)的廣泛支持。聯(lián)盟已經(jīng)相繼推出了 UCIe 1.0、1.1 規(guī)范。該聯(lián)盟制定了非常激進(jìn)的性能和面積目標(biāo)，將目標(biāo)市場(chǎng)分為兩個(gè)廣泛的范圍，采用標(biāo)準(zhǔn) 2D 封裝技術(shù)和更先進(jìn)的 2.5D 技術(shù)（EMIB、CoWoS 等）。先進(jìn)的封裝選項(xiàng)可提供更高的帶寬和密度。

英特爾基于 Chiplet 的處理器，如 Sapphire Rapids 和新發(fā)布的 Meteor Lake，目前使用專有接口和協(xié)議進(jìn)行 Chiplet 之間的通信，但英特爾已宣布將在其下一代 Arrow Lake 消費(fèi)級(jí)處理器之后使用 UCIe 接口。AMD 和英偉達(dá)也在致力于自己的計(jì)劃，但還沒(méi)有展示可用的硅芯片。

作為一家長(zhǎng)期領(lǐng)先的半導(dǎo)體企業(yè)，以 CPU 而聞名天下的廠商，英特爾在處理器方面的進(jìn)展尤其值得關(guān)注。在本次大會(huì)上，英特爾也的確帶來(lái)了全面的展示，英特爾的 PC 芯片從此也開始全面進(jìn)入 AI 時(shí)代。

基辛格表示：「人工智能將從根本上改變、重塑和重構(gòu) PC 體驗(yàn)，通過(guò)云和 PC 協(xié)同工作的力量釋放個(gè)人生產(chǎn)力和創(chuàng)造力。為此，英特爾正在開創(chuàng)人工智能電腦的新時(shí)代。」代號(hào)為 Meteor Lake 的 Intel Core Ultra 處理器，正是英特爾實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的一個(gè)重要倚仗。

在英特爾看來(lái)，Core Ultra 代表了英特爾客戶端處理器路線圖的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，因?yàn)樗堑谝粋€(gè)由 Foveros 封裝技術(shù)（英特爾的 3D 封裝技術(shù)）支持的客戶端 Chiplet 設(shè)計(jì)，還采用了 EUV 光刻技術(shù)。從設(shè)計(jì)上看，芯片內(nèi)部包含了 computing tile、graphics tile 和 SoC tile 和 I/O tile 四個(gè)部分。其中，computing tile 是基于 Intel 4 工藝打造，graphics tile 是基于臺(tái)積電的 5nm 打造，SoC tile 則采用臺(tái)積電的 6nm 打造，這正是 Chiplet 精神的體現(xiàn)。值得一提的是，這個(gè)芯片的 Soc tile 上還集成了英特爾首個(gè) NPU。

具體到芯片設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)上。據(jù)透露，該芯片的 couputing tile 中有一對(duì)新的核心，一個(gè)名為 Redwood Cove 的 P 核心和一個(gè)名為 Crestmont 的新 E 核心。其中，新的 P 核心是英特爾第 12 代核心 (Raptor Lake) 處理器中之前的 Golden Cove 核心的直接繼承者，通過(guò)新的 Redwood Cove 核心，英特爾在芯處理器上帶來(lái)了不小的 IPC 提升。

至于 E 核心，據(jù)報(bào)道，通過(guò)矢量神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)指令 (VNNI)，該核心保持基于 CPU 的 AI 加速。而與 P-Core 一樣，E-Core 也受益于增強(qiáng)的 Thread Director 反饋，它提供了更好的粒度控制和優(yōu)化。

來(lái)到 SoC tiles 上，據(jù)介紹，通過(guò)在硅片上實(shí)施片上網(wǎng)絡(luò) (NOC)，英特爾擺脫了網(wǎng)狀路由的舊有限制。這不僅僅是為了讓數(shù)據(jù)通道更快，而是旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)存的更智能、更節(jié)能的訪問(wèn)。在利用 EMIB 和 2D 縮放后，數(shù)據(jù)路徑會(huì)短得多，從而減少功耗，但較短的電線也有助于減少總體延遲損失。

如前面所說(shuō)，在這個(gè) SoC tile 上，還有一個(gè)全功能神經(jīng)處理單元 (NPU)，這是英特爾面向客戶端處理器的首個(gè) NPU，得益于這個(gè)模塊，英特爾能夠直接將 AI 功能引入到客戶端芯片上，且因?yàn)槠渑c OpenVINO 等標(biāo)準(zhǔn)化程序接口兼容，這就使得在開發(fā)的時(shí)候能夠給相關(guān)人員帶來(lái)便利。據(jù)介紹，這個(gè) NPU 由兩個(gè)神經(jīng)計(jì)算引擎組成，它們可以協(xié)作完成單個(gè)任務(wù)，也可以獨(dú)立運(yùn)行。而這些神經(jīng)計(jì)算引擎的則主要包括了兩個(gè)組件：推理 pipeline 和 SHAVE DSP。