如何弥合芯粒间互操作性鸿沟

（本文编译自Electronic Design）

目前，芯粒已成为下一代系统架构讨论中的核心议题。当前业界描绘的愿景是：设计团队能够通过标准接口与简化流程，混合搭配来自不同供应商的芯片，构建多芯片系统。

人们常将其类比为现成的IP组件，期望芯粒能像无源器件乃至MCU一样易于获取、具备互操作性。然而，尽管这一构想极具吸引力，但要实现，却与现实仍相去甚远。

芯粒集成的当前格局

芯粒通常分为两种架构类型：同质横向扩展与异质分解集成。同质设计在一个封装内使用多个相同芯片来扩展性能容量，而异质方案则将针对特定功能、功能互不相同的芯片组合在一起。

图1展示了这两种方式：多芯片系统由重复的计算单元或专用模块互连构成统一系统。这些顶层架构策略决定了设计团队如何平衡可扩展性、性能与制造复杂度。

图1：同质与异质多芯片架构支持不同的芯粒集成策略。

尽管多芯片系统已投入量产，但当前实现方案仍局限于特定应用场景。大型企业自研芯粒，想要掌控设计、集成与封装全流程；小型企业则与一两家可信任合作伙伴协作，在流片前共享交付物、紧密协同开发。这些方式可实现功能设计，但尚未形成真正的互操作环境。

众多企业正投资芯粒及相关封装技术，但实现真正的多厂商芯粒互操作性仍是一项重大挑战。各厂商普遍采用自研设计工具、验证流程、封装方案与接口标准，导致来自不同供应商芯粒的集成工作极为复杂。

UCIe等标准在物理层与协议层提供了助力。然而，完整的系统级集成仍依赖统一的地址映射、一致性模型与软件协同。

芯粒可跨芯片集成，需要针对特定需求进行定制设计。要实现更广泛的互操作性，即不同芯粒可在同一系统中自由组合，仍需一套尚未成型的标准化设计流程。

这一目标的实现，有赖于接口标准、设计自动化工具、系统级验证、软件仿真、先进测试与全行业协作的持续推进。在此之前，芯粒技术真正的即插即用互操作性仍停留在愿景阶段。

片上网络架构弥合分解式设计的鸿沟

当前限制芯粒互操作性的诸多集成挑战，与早年采用软核IP和硬核IP时面临的问题十分相似。

软核IP以可综合的RTL代码形式交付，能够集成到不同工艺技术中，具备良好的可移植性，易于在不同设计间适配。硬核IP则是针对特定工艺节点优化的固定物理布局，可复用性与灵活性受限。与软核IP不同，存储器接口等硬核IP组件因必须严格匹配工艺特性，长期以来难以复用。

芯粒作为物理上分解的硬核IP，进一步加剧了这些挑战。每颗芯片都必须在协议、电源域、工艺节点与性能目标上保持兼容。若缺乏统一标准与基础架构，设计复杂度将大幅上升。

许多工程师正在将原本用于管理片上系统（SoC）内部IP集成的片上网络（NoC）架构进行改造，并将其扩展应用到多芯片场景。在单芯片设计中，片上网络通过基于唯一目标地址的数据包路由，实现IP模块间的通信。在多芯片系统中，每颗芯片均可部署一套片上网络，并通过桥接结构相互连接。

这种架构让多个独立的片上网络在功能上呈现为统一整体。它们在保留寄存器映射与地址完整性的同时，能够适配带宽、电源域与配置差异。设计团队可将SoC划分至多颗芯片，同时维持系统级功能与性能目标。

分解式集成让企业能够更高效地开发满足性能、成本与合规要求的系统。将I/O接口、数字逻辑、存储控制等功能分离到专用芯片后，每个模块均可采用最适配的工艺节点实现。

领先的半导体企业已在采用此类策略。在汽车等对可靠性与认证要求严苛的领域，分解式集成支持对单个芯粒进行增量升级，同时保持系统其余部分的合规性。

芯粒生态系统展望

行业的长远愿景是构建一个芯粒生态系统，设计团队能够选用来自不同供应商的组件，并借助可互操作标准将其集成。这与如今通过标准化应用程序接口（API）组合来自多个来源的程序库十分相似，该模式将为系统设计带来更强的灵活性、更快的开发周期以及更加模块化的开发方法。

然而，当下的现实仍停留在专属开发流程与预验证的合作关系中。尽管多芯片系统已实现量产，尤其是在头部企业中，但其集成依赖于受控的开发环境以及可信供应商之间的紧密协作。

与此同时，互连技术、封装技术与片上网络抽象层的进步，正在为未来的互操作性奠定基础。

随着行业不断向前发展，保持务实的看法至关重要。芯粒模式前景广阔，但要充分发挥其潜力仍需时间。