清华胡杨专访:晶圆级芯片开发与系统重构如何大幅提升算力

2025-01-07 0 839

晶圆级芯片有独特优势,在算力领域引发了热潮。它和传统芯片相比,在单位空间的集成单元电路数量上占优,在晶体管密度上占优,在算力上也占优,能更好地满足当下高效算力发展的迫切需求。比如在占地与功耗方面,相同算力时比 GPU 集群表现好很多,这让人们对它的发展充满期待。

晶圆级芯片与传统芯片对比

晶圆级芯片在单位空间具有特殊优势,这让它的算力远远超过传统芯片。传统芯片在晶体管密度方面,比晶圆级芯片差很多。比如在构建大型数据中心的算力集群时,要是使用晶圆级芯片,原本很大的服务器占地空间可以大幅度减小,同时还能节约大量电能。并且,晶圆级芯片的散热处理与传统芯片相比,更加复杂且具有革命性,传统芯片的散热方案很难直接运用到晶圆级芯片上。

传统芯片构建的系统通信效率比晶圆级芯片低很多。例如在数据传输方面,传统芯片在大量数据交互时容易出现延迟情况,然而晶圆级芯片在大模型训练中的数据交互速度很快,不会有数据拥堵之类的问题。

晶圆级芯片的散热挑战

晶圆级芯片散热是当前的一个大难题。规模较小时,常规液冷板散热能够应对。然而,随着集成规模增大或能耗提升,比如集成数量持续增多,就需要相变液冷技术等其他散热方式。传统的微观散热研究,不能完全满足晶圆级芯片这种系统级散热的需求。在实际应用中,每个晶圆上的芯片模块增加时,散热就会成为限制其进一步提升性能的因素。并且,与传统芯片单颗的散热考量不同,晶圆级芯片多个发热点的散热需要全新的设计思路。

研发和应用新的散热技术,对晶圆级芯片的发展有着重要意义。如果散热技术跟不上,就会致使芯片性能受到限制,甚至出现损坏的情况。比如,在一些测试当中能够发现,那些散热不好的晶圆级芯片,它的运算速度会降低,并且还有可能因为过热而自动关机。

晶圆级芯片的商业可行性

晶圆级芯片将前期的 NRE 分摊至后期产品中,这对于提升其商业可行性起着关键作用。它的开发具有很强的工程性,且涉及多个领域的知识。比如在研发团队里,需要不同专业背景的人员一同参与。从设计开始到生产结束,涵盖了电路设计、材料科学、工程制造等诸多领域。这种成本分摊的模式有利于产品的推广。

晶圆级芯片具有高效能,这使其在商业应用中具有很大吸引力。像一些互联网巨头的数据中心,若将晶圆级芯片应用于替换现有的算力系统,就能够既节省成本又提升运算效率,对于很多依靠算力进行商业运营的企业而言,这是一个很好的选择。

晶圆级芯片的通信优势

晶圆级芯片的计算形态有助于提升通信效率,在算力集群方面具有显著优势。相较于当前千卡万卡级的算力集群,它的通信效率更为突出。像在网络实时性要求极高的视频会议服务里,使用晶圆级芯片的算力集群能够更迅速地处理数据,从而确保会议画面的流畅性。无论是大模型的训练还是推理,通信效率的提高都能带来极大的积极影响。

在一些科研项目中,对通信要求极为苛刻。在这些项目里,晶圆级芯片构建的算力系统能够更精准地传递数据。在军事领域的复杂环境下进行数据处理时,它还能使数据交互效率得到大幅提升。

清华胡杨专访:晶圆级芯片开发与系统重构如何大幅提升算力

晶圆级芯片的未来技术路线

目前晶圆级芯片采用二维集成技术路线存在一定局限,由于晶圆面积是固定的,存储 Die 的数量和计算 Die 的数量会相互制约。未来在三维集成形态下,能够让存储和计算两者都能兼顾,从而发挥出高带宽的优势。比如有可能实现更复杂的 AI 算法运算,并且对于目前带宽利用率低的这个问题也能够进行改善。

从长远的发展角度来看,朝着三维集成的方向去突破,能够推动晶圆级芯片实现进一步的发展。例如在虚拟现实场景的数据处理以及其他大容量数据处理的场景里,三维集成的晶圆级芯片能够更好地展现出其作用。

晶圆级芯片对软件开发的影响

开发晶圆级芯片有助于降低软件开发者所受硬件的约束程度。硬件彩票这一概念突出了硬件对算法研发的限制,而晶圆级芯片能够提升硬件性能。软件开发者可以基于此来开发出更先进的算法。例如在人工智能图像识别软件的开发中,能够借助晶圆级芯片的高性能设计出更精准的算法,从而突破现有算法的一些瓶颈。

你觉得晶圆级芯片未来会怎样对整个半导体行业进行改变?希望你可以在评论区阐述自己的看法,同时也不要忘记给这篇文章点赞和进行分享。

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