作者：Arm 基礎(chǔ)設(shè)施事業(yè)部營銷副總裁 Eddie Ramirez

在我們近期與業(yè)界伙伴的多次交流中，明顯發(fā)現(xiàn)芯粒時代的大幕已徐徐拉開，行業(yè)已經(jīng)不再抱存對芯粒的質(zhì)疑態(tài)度，而是正在合作解決如何借助芯粒技術(shù)，在集成電路的生態(tài)系統(tǒng)中設(shè)計、驗證和部署多供應(yīng)商系統(tǒng)的實際問題。這樣的轉(zhuǎn)變讓行業(yè)聚焦芯粒實現(xiàn)的探討，而將芯粒由定制化工程項目轉(zhuǎn)向可擴展行業(yè)實踐則必須從以下三大關(guān)鍵領(lǐng)域談起。

可擴展芯粒應(yīng)用的三大支柱

要充分釋放芯粒潛力，我們必須恪守三大核心準(zhǔn)則：

為軟件開發(fā)者提供便利的開發(fā)體驗

如果沒有可擴展的軟件支持，再精妙的硬件也將黯然失色。軟件必須能跨越多代 IP 保持穩(wěn)定兼容。開發(fā)者必須能夠在不增加復(fù)雜度的情況下，輕松實現(xiàn)基于芯粒設(shè)計的編程、配置和部署。這就要求行業(yè)確立通用通信協(xié)議、模塊化固件以及一致化的軟件接口。

為整個供應(yīng)鏈構(gòu)建可復(fù)用的芯片

現(xiàn)如今，多數(shù)芯粒設(shè)計仍限于單一供應(yīng)商內(nèi)部完成。但真正的規(guī)模化需要將芯粒轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，包括跨不同設(shè)計點，甚至跨代際的可復(fù)用性、互操作性和可組合性。這需要晶圓代工廠、IP 供應(yīng)商、封裝合作伙伴和 OEM 廠商之間更深層次的整合。

全面推進系統(tǒng)級標(biāo)準(zhǔn)

雖然 UCIe 等接口標(biāo)準(zhǔn)已取得重大突破，但這僅解決了部分問題。真正的互操作性取決于系統(tǒng)級規(guī)范，包括芯粒通信機制、啟動流程、內(nèi)存共享及遙測數(shù)據(jù)接口。而這正是 Arm 芯粒系統(tǒng)架構(gòu) (Chiplet System Architecture, CSA) 的愿景所在，CSA 目前已得到 70 多家合作伙伴的大力支持。

從超大規(guī)模云服務(wù)到邊緣側(cè)

AI 正在推動轉(zhuǎn)變

為何選擇芯粒，又為何是現(xiàn)在？答案唯有一個：人工智能 (AI)。

AI 工作負載正在重塑計算堆棧的方方面面。從數(shù)據(jù)中心到汽車系統(tǒng)再到邊緣設(shè)備，加速器不僅占用了更多的空間，也消耗了更多的電力。隨著 AI 的擴展，業(yè)界亟需更靈活、更高效的方式來集成 CPU、NPU、GPU、內(nèi)存和 I/O。

這正是芯粒技術(shù)的優(yōu)勢所在：芯粒支持模塊化設(shè)計，可以獨立地擴展計算單元或內(nèi)存，高效地實現(xiàn) SKU 多樣化配置，并且更加精準(zhǔn)地優(yōu)化功耗/散熱預(yù)算。對于小型企業(yè)來說，芯粒技術(shù)更能讓他們無需投入單片系統(tǒng)級芯片 (SoC) 研發(fā)成本即可進軍應(yīng)用需求更為復(fù)雜的市場。

與此同時，借助 Arm KleidiAI，Arm 確保開發(fā)者可以橫跨云端到諸如樹莓派的邊緣側(cè)設(shè)備等各類硬件實現(xiàn)，在一致的 AI 軟件棧上運行推理。

生態(tài)系統(tǒng)工程：

Arm 全面設(shè)計和 Project Leapfrog

為了支持芯粒的大規(guī)模應(yīng)用，業(yè)界不僅要繼續(xù)完善規(guī)范，還需要產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同推進。這一共同訴求催生了 Arm 全面設(shè)計 (Arm Total Design) 生態(tài)項目，Arm 聯(lián)合晶圓代工廠、設(shè)計公司、IP 供應(yīng)商、EDA 提供商及 OEM 廠商的力量，加速開發(fā)經(jīng)過芯片驗證、具備互操作性的芯粒解決方案。

此次合作最具突破性的成果當(dāng)屬 Project Leapfrog。Project Leapfrog 是一項由多家行業(yè)供應(yīng)商聯(lián)合推進的雄心計劃，旨在打造基于芯粒的 AI 訓(xùn)練平臺，該平臺不僅可媲美 NVIDIA GB200 等單片架構(gòu)，更在能效、擴展性和開放性方面具有顯著優(yōu)勢。

它的底層技術(shù)包括：

計算子系統(tǒng)：ADTechnology 通過使用 Arm Neoverse 計算子系統(tǒng) (CSS) 構(gòu)建面向 AI 密集型工作負載的 64 核芯粒。

AI 加速器：由 Rebellions 提供專為深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練與推理優(yōu)化的高性能加速器芯粒。

結(jié)構(gòu)芯粒：封裝內(nèi)計算和 AI 引擎的高效互連邏輯。

內(nèi)存和 I/O：借助先進 UCIe 連接將基于 HBM 的內(nèi)存子系統(tǒng)和先進 I/O 進行集成。

封裝和工藝：利用三星代工廠領(lǐng)先的 3nm/4nm 工藝和 2.5D I-Cube 封裝技術(shù)。

Project Leapfrog 的突破性不僅體現(xiàn)在硬件上，更在于其協(xié)作模式。這率先證明了，通過模塊化多供應(yīng)商芯粒組合，同樣能實現(xiàn)媲美垂直集成 SoC 的出色性能。早期測試表明，Project Leapfrog 成果的能效可優(yōu)于傳統(tǒng) GPU 架構(gòu) AI 訓(xùn)練系統(tǒng)的三倍。

這勾勒出了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的未來：專用芯片設(shè)計、協(xié)同技術(shù)創(chuàng)新，以及可大規(guī)模實現(xiàn)的性能優(yōu)化。

標(biāo)準(zhǔn)、軟件和未來之路

在硬件不斷進步的同時，行業(yè)最大的瓶頸或許在于軟件和系統(tǒng)集成層面?；谛玖５脑O(shè)計需要采用如下新方法來實現(xiàn)：

跨分解式組件的安全啟動和遙測

跨芯粒邊界的調(diào)試

固件模塊化和平臺支持

芯片前階段的系統(tǒng)級驗證

這就是Arm 開發(fā) CSA 規(guī)范的核心動力。該規(guī)范匯集 70 余家合作伙伴共同制定，涵蓋了安全和遙測接口、固件啟動序列和一致加速器集成等各種問題，并已于今年初正式發(fā)布。針對不同用例（如計算到加速器、基于 I/O 的設(shè)計），我們創(chuàng)建了相應(yīng)的配置文件，每個方案均包含明確定義的接口和協(xié)議。

自該規(guī)范發(fā)布以來，市場反饋令人振奮。業(yè)界對擴展 CSA 應(yīng)用表現(xiàn)出濃厚興趣，特別是在安全實現(xiàn)方案、機密計算，以及汽車與航空航天領(lǐng)域的低延遲實時系統(tǒng)等方面。

此外，Arm 還與新思科技、Cadence 和西門子等 EDA 行業(yè)前沿企業(yè)合作，共同開發(fā)芯片前的建模、協(xié)同驗證和仿真環(huán)境等解決方案，讓基于芯粒的系統(tǒng)與單片系統(tǒng)一樣穩(wěn)健可靠。

更令人振奮的是：OEM 廠商已開始就芯粒方案（而不僅僅是 SoC）采購意向書 (RFI)。這表明，相關(guān)市場思維正在生根發(fā)芽。

齊頭并進的行業(yè)目標(biāo)

預(yù)計五年內(nèi)，云計算、汽車、移動設(shè)備和工業(yè)領(lǐng)域的主流企業(yè)都將采用相關(guān)的定制芯片方案。而芯粒是讓這一切成為可能的關(guān)鍵技術(shù)。這不僅僅是一種封裝解決方案，更是企業(yè)獲取能效優(yōu)勢、差異化性能和加速上市的戰(zhàn)略推動力。這一轉(zhuǎn)型離不開全行業(yè)協(xié)同推進。

芯粒經(jīng)濟依賴于一個集體愿景：可靈活組合的系統(tǒng)、可互操作的產(chǎn)品和跨企業(yè)的通用語言。Arm 致力于通過開放標(biāo)準(zhǔn)、可擴展 IP 和 Project Leapfrog 等實際合作項目，推動這一愿景落地。

我們正朝著共同的目標(biāo)，一步一個腳印，齊頭并進，扎扎實實地構(gòu)建計算未來。