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美國媒體:微芯片不夠？巨型芯片正在迅速崛起

（2024年11月23日更新）

7月31日，美國媒體最近報道稱，最強大的芯片越來越有效，但幾乎不再被稱為微芯片。

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由于各行各業都需要更快、更強大的芯片，通過縮小晶體管進入瓶頸。所以工程師們堆疊了微芯片，最終促進了巨型芯片的快速崛起。在某些情況下，它們正在達到幾乎從未見過的巨大體積。

目前，大多數芯片的尺寸與硬幣相當，但有些芯片實際上大到類似于信用卡。在極端情況下，甚至像盤子的大小。

這些超級芯片不僅出現在地球上最強大的超級計算機上，也出現在日常必需品上。例如，微軟Xbox和索尼PlayStation5都使用了由AMD產品的設計。蘋果在Mac Studio搭載的M1 Ultra也采用了這種設計方法。

但這些巨芯片給工程師帶來了挑戰，因為它們在密集包裝的電路中產生額外的熱量。盡管它們通常更環保，但它們的巨大尺寸也意味著它們通常需要消耗更多的能量。例如，英特爾Ponte Vecchio每次計算時芯片更環保，但仍需消耗600瓦能量，足以啟動和運行吹風機。如果你問為什么巨芯片還沒有用在手機上，這是限制因素之一。

在某種程度上，巨芯片只是促進摩爾定律進化的一種方式。英特爾創始人戈登·摩爾（Gordon Moore）據說芯片上的晶體管數量每兩年翻一番。巨型芯片只是業內最新的創新產品，承諾提供更高的效率。

荷蘭ASML該公司實際上壟斷了芯片制造設備的生產，這對于生產世界上最先進的芯片和最小的晶體管非常重要。但即便如此，該公司還是表示，僅僅使芯片上的晶體管更小，維持摩爾定律的運行是不夠的。在2021年9月對買家的演示中，ASML該公司談到了系統擴展的概念。ASML發言人證實，該公司認為系統擴展是微芯片選擇范圍縮小的補充。

借用城市的比喻，如果一個大都市不能縮小其住房規模或使其交通更加環保，它可能別無選擇，只能向外擴張。

封裝芯粒

然而，制造巨型芯片并不容易。部分原因是，這意味著每個芯片部件都應以納米級的精度移動到位，并在沒有微型焊槍的情況下連接。

這主要是由于芯片行業長期忽視的一個領域，即包裝。

在傳統設備中，接收和發送無線電波的芯片(如通過Wi-Fi通話)可以連接到其他不同的芯片進行通用計算，它們之間的連接實際上被稱為總線。但就像它在現實世界中的地位一樣，這種巴士很難在相鄰的硅城之間快速運輸東西。作為替代方案，巨芯片的新包裝可以立即連接這兩個芯片。結果就像把所有這些芯片集中在一個屋檐下，并不斷增加。

IBM洛杉磯加利福尼亞大學教授蘇布拉曼尼亞·艾爾（Subramanian Iyer）據說傳統的微芯片應該占據幾乎三分之一的空間，并消耗大量的能量將芯片的計算結果傳遞給剩余的電路。堆疊芯片使它們之間的通信更快，因為它允許它們之間有許多額外的連接，就像在摩天大樓之間乘電梯比在整個建筑中穿梭更快一樣。

巨芯片與芯片堆疊的重要環節是一種全新的微芯片，稱為芯片。它消除了許多用不同芯粒支持即時通信的老式電路。這些芯片可以與不同的芯片融合，形成巨大的芯片，制造許多簡單直接的連接。伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校電氣工程教授拉凱什·庫馬爾(Rakesh Kumar)不同芯片之間的直接通信使它們像單個大微處理器一樣運行。

最近發布的英特爾Ponte Vecchio圖形處理器就是一個典型的例子。每個Ponte Vecchio它們由63個完全不同的芯粒組成。這些芯粒堆放在最佳位置，然后相互擠壓，有3個100平方毫米的完整空間，可容納1000億晶體管。相比之下，筆記本電腦內核上的日常芯片小于150平方毫米，大約有15億個晶體管。

堆疊芯粒的使用顯然是英特爾處理器的發展方向，其中大多數已發布但尚未上市的服務器、臺式電腦和筆記本電腦處理器都采用了這種技術。英特爾高級研究員達斯·夏爾馬（Das Sharma）這種方法為芯片制造提供了一種比傳統方法更快、更具成本效益的新方法。

他指出，堆疊芯片還允許英特爾擴大其下一代臺式機和服務器芯片的效率，而不增加其（二維）足跡或整體能耗。芯片使用的能源是重要的設計因素，節能是行業的最高優先事項之一。堆疊芯片允許工程師從當前的設計中擠出額外的空間，通過節省芯片各部件通信所需的時間和能量。但當效率優先時，盡管能耗更大，芯片也可以用來制造更大的微芯片。

AMD它是當今芯片技術領域的先驅，在處理器中提供了幾個芯粒。該公司發現，它只需要CPU堆疊存儲芯片的主要部分（PC大多數非圖形計算芯片的執行可以顯著提高程序的運行速度。

巨頭加入

Ansys公司產品廣告總監馬克·斯威楠（Marc Swinnen）雖然目前基于芯粒制造的巨芯片數量可能很少，可能只在最強大的程序中使用，但制造它們的模式正在加速。Ansys是構建人體模擬軟件程序的組織，廣泛應用于微芯片設計行業。Ansys大多數客戶不愿透露姓名，但三星就是其中之一。Ansys發言人說，自2019年以來，Ansys堆疊芯片的類型增加了20倍。

今年3月，它被稱為通用芯粒互連快線(UCIe)英特爾和AMD通用技術已經各自推出。這種技術允許任何使用它們的人創建與不同制造商制造的芯片相結合的芯片。組織成員還包括Arm、臺積電、三星和不同的微芯片設計和制造巨頭。

UCIe德本德拉，英特爾高級研究員·達斯·夏爾馬（Debendra Das Sharma）任何公司遲早都可以從其他公司購買芯片，然后組裝成他們需要的組裝芯片。

當然，這項工作需要大量不同的公司參與。夏爾馬博士說，UCIe他們的成員將能夠證明他們最終會成功。但伊利諾伊大學的庫馬爾博士并不確定。他說：在這樣一個競爭激烈的行業，標準化一切都是一個挑戰，因為我們必須妥協，不是每個人都有表現友好的動機。

整個行業對該技術感興趣的一個重要驅動因素是，越來越多的公司（包括亞馬遜、谷歌、微軟、特斯拉和其他公司）希望創建自己更強大的微芯片，以支持云計算、智能手機、游戲機到汽車等行業。斯威南說：現在，許多大公司幾乎所有的業務都是基于硅的質量。

加州大學洛杉磯分校Iyer博士說，對巨芯片的興趣也來自于當前硬件上的人工智能（AI）強烈呼聲機器研究程序。為了滿足這一需求，一些公司采用傳統的方式制造真正巨大的微芯片。比如，名為Cerebras初創公司制造了一種芯片，它占據了一整層硅片，有時會蝕刻幾十個微芯片。另一些公司與艾爾博士的員工一起努力，致力于由芯粒組成的AI超大芯片。

從超級計算機到可穿戴設備

人們對巨型芯片的熱情表明，它們在未來的某個時候可能會超過目前的用途。在這種結構中，效率比能耗或電池壽命更重要。庫馬爾博士說，就像一個大都市通過快速交通項目與郊區連接一樣，未來的芯片至少可以通過新的方式在更長的距離內連接。

從表面上看，這似乎毫無意義，因為將芯片轉移到更遠的地方會增加它們的通信時間。但它至少帶來了一個驚人的好處：使用與多功能電路相關的小芯片構建多功能計算機系統，甚至可能促進新芯片的誕生。

例如，庫馬爾博士的工作人員已經進行的實驗表明，芯粒可能與多功能電路相關，成為可穿戴程序，或包裹圓形表面，類似于飛機機翼。艾爾博士說，他的員工致力于創建多功能電話的所有必要組件。

雖然巨芯片的發展面臨挑戰，但努力將微芯片分解成更小的芯片，然后重新組裝成更大、更強大的巨芯片正成為不可阻擋的趨勢。簡而言之，芯片的內部擴張才剛剛開始。