業(yè)界普遍預測未來的計算架構將從以處理器為中心逐漸轉變成以數(shù)據(jù)為中心,，內(nèi)存速度和計算不再是能效瓶頸,，數(shù)據(jù)移動的速度正在逐漸成為新的能效瓶頸,，本篇文章將詳細介紹后摩爾時代如何通過技術提升來解決瓶頸,，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸！

　　從計算為中心到數(shù)據(jù)為中心,，急需突破三堵“墻”

　　算力墻的突破：傳統(tǒng)處理器架構很難突破算力墻,，我們需要在處理器架構創(chuàng)新的同時，通過各種DSA異構計算,，加上現(xiàn)在普遍看好的Chiplet（芯粒）和先進封裝等技術來突破算力墻,。

　　? 處理器架構創(chuàng)新，多核,，并行,，片內(nèi)異構…

　　? 各種DSA

　　? Chiplet+先進封裝

　　內(nèi)存墻的突破：目前在內(nèi)存本身往更高密度和更高帶寬的形態(tài)發(fā)展外，可以采用串行內(nèi)存接口擴展內(nèi)存,，并且基于此做到內(nèi)存池化,，以及利用逐漸成熟的新內(nèi)存介質(zhì)來提升內(nèi)存性能，這些相輔相成,，來突破內(nèi)存墻,。

　　? 更高密度和更高帶寬的內(nèi)存

　　? 串行內(nèi)存接口與內(nèi)存池化

　　?  新介質(zhì)內(nèi)存

　　?  近存計算

　　IO 墻的突破：利用更高速的IO接口，更高效的傳輸協(xié)議以及更低的傳輸延時來突破IO墻,。

　　? 更高速的IO接口

　　? 更高效的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,，更低的時延

　　? 在網(wǎng)計算

　　算力墻：Chiplet與D2D互聯(lián)-后摩爾時代的芯片集成趨勢

　　由于傳統(tǒng)處理器架構對算力的限制,，近年來采用先進封裝和D2D互聯(lián)的Chiplet方案流行，一方面,，通過高速低延遲的D2D接口可以對所連接的SOC進行擴展/分割,，另一方面，D2D可以靈活有效地實現(xiàn)IO口的聚合和分離,，針對不同應用實現(xiàn)性能最優(yōu)解,。所以，可以預見,，采用高速,，低延遲，高性能的先進封裝D2D互聯(lián)chiplet方案正在成為后摩爾時代芯片集成趨勢,。

　　內(nèi)存墻：DDR5&HBM帶來高帶寬,、高容量，將有更廣泛的應用空間

　　高性能計算,，人工智能,，以及高性能圖形領域，對內(nèi)存的帶寬有巨大的要求,，因此高帶寬內(nèi)存 DDR5/HBM在這個領域變得重要起來,。目前在數(shù)據(jù)中心和服務器上，DDR4顯得有些吃力,，急需更高帶寬更大容量的產(chǎn)品,，DDR5應運而生，相比較DDR4,，DDR5速率和帶寬均翻倍,，在功耗性能上相比于DDR4也做了大量優(yōu)化。隨著Intel和AMD宣布在2022年發(fā)布的下一代處理器上支持DDR5,，可以預見,，服務器，數(shù)據(jù)中心,，和高性能計算等將在2023年大量采用DDR5以滿足其對內(nèi)存帶寬和容量的需求,。

　　另一種高帶寬內(nèi)存HBM是用空間換時間，通過堆疊,，高互聯(lián)密度,，利用較低的頻率來獲得最大帶寬。其最大IO速度可以到達8.4Gbps,，最新一代HBM3帶寬已經(jīng)達到驚人的1TB/s,。目前除了在一開始的GPU和后來的AI領域被應用外，HBM在CPU領域也逐漸被采用,，未來HBM的應用前景將更為廣闊,。

　　IO墻：基于PCIE的CXL帶來異構計算效率變革

　　說到計算節(jié)點內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸接口,，就不得不提PCIe，自從PCI-SIG組織在2003年推出了PCI-Express之后,，計算機內(nèi)部高速總線迎來了串行時代,，當計算需求越來越高時，以太網(wǎng)開始回到摩爾定律的2年帶寬改進周期,，但是PCIe卻沒有跟上,，成為瓶頸。PCIe 4.0 雖然姍姍來遲,，但也滿足了燃眉之急,，使得GPU，F(xiàn)PGA等加速器和host之間的交互瓶頸得到緩解,。近年來PCIe演進正在加速,，以滿足對日益增長的帶寬需求。目前PCIe 5.0也已經(jīng)商用,，未來PCIe 6.0的協(xié)議也已經(jīng)基本完成,，單個PCIe 6.0 x16就可以支持800G以太網(wǎng)絡。

　　由于PCIe本身有很多問題,，限制了目前計算架構的突破（例如樹形結構,，不支持一致性等），因此業(yè)界曾經(jīng)產(chǎn)生了不少新的協(xié)議,，例如開始由Xilinx主推后來由Arm商用的CCIX,， IBM自己搞的OpenCAPI, AMD的Infinity Fabric以及NVidia的NVLink，以及多年前提出來的Gen-Z協(xié)議,，到現(xiàn)在Intel最新的CXL,。

　　目前看起來由于Intel在服務器市場強大的市占率和話語權，CXL的前景還是被普遍看好,。其底層是沿用PCIe PHY（目前是5.0），上層協(xié)議進行了重新的建構,。

　　除了我們熟悉的針對PCIE的局限性做出的新的設計,，CXL也帶了很多新的應用，內(nèi)存是最典型的,，它可以將內(nèi)存和處理器解耦,，串行化，并且CXL2.0的switch的支持,，可以做到內(nèi)存池化,。這會大大提高訪存效率，極大降低成本,，增加靈活性,。對服務器和數(shù)據(jù)中心的新計算架構帶來更多可能性,。CXL的推廣將會持續(xù)推動PCIe快速成長。

　　奎芯科技接口IP助力高速數(shù)據(jù)傳輸

　　奎芯接口IP PCIE/DDR/HBM/Serdes系統(tǒng)應用圖

　　在未來的計算架構將從處理器為中心逐漸轉變成以數(shù)據(jù)為中心同時,，奎芯科技攜手優(yōu)秀研發(fā)團隊已完成PCIe3/4的芯片認證（Silicon-Proven）,，被廣泛應用于各類設備的數(shù)據(jù)傳輸，PCIe5正處于研發(fā)階段,。同時用于Chiplet高速互聯(lián)的D2D/Serdes接口以及高帶寬DDR5/HBM3也在同步開發(fā)中,，預計2022~2023年將陸續(xù)推向市場，阻力高速數(shù)據(jù)傳輸,?？究萍纪ㄟ^一系列的技術創(chuàng)新及優(yōu)化升級，打破能效墻,、優(yōu)化墻,、內(nèi)存墻和高速IO墻，進一步釋放計算潛能,，秉持國產(chǎn)化IP的專業(yè)研發(fā)技術,，結合半導體行業(yè)發(fā)展趨勢，提供優(yōu)秀的解決方案助力芯片設計企業(yè),！

　　關于奎芯科技（MSQUARE）：

　　奎芯科技（M SQUARE）于2021年在上海注冊成立,，是一家專業(yè)的集成電路IP供應商。作為芯片產(chǎn)業(yè)鏈上游關鍵技術環(huán)節(jié)的企業(yè),，公司推出的高速接口IP,，涵蓋USB、PCIe,、SATA,、SerDes、MIPI,、DDR,、HDMI、DP,、HBM等產(chǎn)品,，聚焦高性能計算、人工智能,、消費類電子,、汽車電子、物聯(lián)網(wǎng)等領域,，致力于通過先進半導體IP研發(fā)與定制服務,，打造市場急需的IP組合，積極響應中國快速發(fā)展的芯片和應用需求﹐全面賦能芯片設計產(chǎn)業(yè)。