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2017 年 11 月 6 日

USR联盟:促成一个开放的多芯片模块 (MCM) 生态系统

作者:Gidi Navon,Marvell 公司系统架构师

为了适应不断提高的带宽需求、设计的复杂性、新工艺的出现以及多学科技术的整合等要求,半导体行业正在经历指数性增长和更加快速的变化。所有这些又都是在越来越短的开发周期和越来越激烈的竞争背景下发生的。在软件和硬件等技术驱动的其他产业领域,正在通过建立一系列开放的联盟和开放的标准来解决类似的挑战。本文并不想在此列出所有开放式联盟的名字,开放式计算项目 (Open Compute Project)、开放式数据路径 (Open Data Path) 和 Linux 基金会等只是其中一些最突出的例子。但目前还有一个技术领域没有采纳这种开放式的合作,这就是多芯片模块 (MCM),它是将多个半导体晶片封装在一起,从而在一个单一封装中能够创建一个完整的系统。

MCM的概念已经在业界存在了一段时间,这种方式具有多种技术和市场方面的优势,其中包括:

  • 更高的良率 - 通过将硅片分割成多个晶片,而不是构建低良率、高成本(甚至有时无法制造)的大型单一芯片,可以显著提高每个构建模块乃至整体解决方案的良率。更高的良率最终转化为成本的降低。
  • 优化的工艺 - 最终的 MCM 产品是由采用不同制造工艺的混合匹配 (mix-and-match) 单元构成,因而可以针对具有相似特性的特定 IP 模块进行工艺优化。
  • 多个制造工厂 - 可以利用具有独特功能的不同生产线来创建特定产品。
  • 产品种类 - 通过组合不同数量和类型的器件可以轻松地创建新产品,从而形成创新和成本优化的 MCM。
  • 缩短产品开发周期 - 每个晶片都可以独立升级,这样可以很容易地增强新产品的功能和/或纠正特定晶片内问题的能力。例如,可以给新产品集成全新的 I/O 接口,而无需重新设计解决方案中那些稳定运行且不需改变的部分,从而避免浪费时间和金钱。
  • 规模经济 - 每种晶片都可以在多种应用和产品中重复使用,从而能够提高量产的批量和良率,进而提高产品开发投入的总体回报。

将较大的半导体器件细分为多个小晶片,并将它们安装在 MCM 上,这已经成为印刷电路板 (PCB) 中新的趋势,这种 MCM 具有更小的占位面积,更低的功耗,更高的性能和更多扩展的功能。

现在,我们可以想象一下,上面列出的优势并不局限于某家芯片供应商,而是可以由整个行业共享。通过开放和标准化晶片之间的接口,就能引入一个真正的开放平台,而在此平台下,来自不同公司且具有各自技术专长的设计团队,可以创造出任何单打独斗的公司所不能及的各种新产品。

这正是 USR 联盟所要倡导实施的所在。USR 联盟已经定义了离 (USR) 链路,针对单一封装中所含组件之间的非常短距离通信进行了优化。现有的跨越封装边界和连接器的超短距离 (VSR) PHY 需要面对一些不属于封装内部的技术挑战,而 USR 链路则可以提供更高的带宽,更低的功耗和更小的芯片尺寸。此外,USR PHY 是基于多线差分信号传输技术,专门针对 MCM 环境进行了优化。

有很多应用都可以通过 USR 链路实施, 例如 CPU、交换机和路由器、FPGA、DSP、模拟组件和各种长距离电光接口等等。

图 1: 可能的 MCM 布局范例

作为 USR 联盟的一个积极推动者,Marvell 公司正在努力建造一个关于互操作组件、互连、协议和软件的生态系统,以帮助半导体产业为市场带来更多价值。  USR 联盟正在与业界和其他标准开发组织合作,共同创建 PHY、MAC 和软件标准以及互操作性协议,同时为了确保广泛的互操作性,也在推动开发关于 USR 应用(包括认证计划)的完整生态系统。

欲了解关于 USR 联盟的详细信息,请访问: www.usr-alliance.org

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