0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

什么是异构集成?什么是异构计算?异构集成、异构计算的关系?

中科院半导体所 来源:SiP与先进封装技术 2023-11-27 10:22 次阅读

异构集成主要指将多个不同工艺节点单独制造的芯片封装到一个封装内部,以增强功能性和提高性能。异构计算是指将CPUGPUFPGADSP等不同架构的运算单元整合到一起进行并行计算。

1)异 构集 成

异构集成(Heterogeneous Integration)

异构集成通常和单片集成电路(monolithic)相对应,我们常见的芯片都是单片集成电路,它们属于同构集成(homogeneous Integration),意味着在同一种材料上制作出所有元件。这曾经是杰克•基尔比(Jack Kilby)的伟大梦想,并最终成为现实,进而推动了信息技术的巨大进步,对人类文明的进步也产生重大影响。

异构集成和同构集成二者并不相互排斥,所有异构集成的单元都是同构集成。

异构集成(Heterogeneous Integration)准确来讲,全称为异构异质集成,异构集成可看作是其汉语的简称,这里,我们将其分为异构(HeteroStructure)集成和异质(HeteroMaterial)集成两大类。

HeteroStructureIntegration

HeteroStructure Integration(异构集成)主要指将多个不同工艺节点单独制造的芯片封装到一个封装内部,以增强功能性和提高性能,可以对采用不同工艺、不同功能、不同制造商制造的组件进行封装。例如将不同厂商的10nm、28nm、45nm的小芯片通过异构集成技术封装在一起。

这里主要以硅材质的芯片为主,工程师可以像搭积木一样,在芯片库里将不同工艺节点的Chiplet小芯片通过异构集成技术组装在一起。

HeteroMaterial Integration

HeteroMaterial Integration(异质集成)是指将不同材料的半导体器件集成到一个封装内,可产生尺寸小、经济性好、灵活性高、系统性能更佳的产品

如将Si、GaN、SiC、InP生产加工的芯片通过异质集成技术封装到一起,形成不同材料的半导体在同一款封装内协同工作的场景。

过去,出于功耗、性能、成本等因素的考虑,集成首先在单片上实施,例如SoC。近些年,由于摩尔定律日益趋缓,单片集成的发展受到了一些影响。得益于先进封装与芯片堆叠技术的创新,设计人员可以将系统集成至单个封装内形成SiP,这就推进了异构异质集成的发展。

下图所示 Intel 的Co-EMIB技术就属于典型的异构集成技术。

4b5bd640-8c43-11ee-939d-92fbcf53809c.png

今天,Heterogeneous Integration 异构异质集成主要是指封装层面(Package Level)的集成,其概念出现的历史并不长,是在近十年间随着先进封装技术的兴起而日益受到业界的重视,并逐渐发展为电子系统集成中最受关注的环节。

2)异 构计 算

异构计算(Heterogeneous Computing)

异构计算是指将CPU、GPU、FPGA、DSP等不同架构的运算单元整合到一起进行并行计算。

例如,CPU擅长管理和调度,比如读取数据,管理文件,人机交互等;GPU管理弱,运算强,更适合整块数据进行流处理的算法;FPGA实时性高,能管理能运算,但是开发周期长,复杂算法开发难度大;DSP适合特定算法的计算等。

人工智能等海量计算诉求到来之后,GPU、FPGA、DSP去配合CPU进行计算的使命就自然而然的产生了,这就是异构计算。

异构计算技术从上世纪80年代中期产生,由于能有效获取高计算能力、可扩展性好、资源利用率高、发展潜力大,已成为并行计算领域中的研究热点。

4c8e0d9e-8c43-11ee-939d-92fbcf53809c.jpg

近年来,人工智能持续爆发,对算力提出了更高的要求。异构计算作为大计算时代的解决方案,打破传统通用计算的限制,融合不同指令集和体系架构的计算单元,完美支持大计算场景。

异构计算的实现架构通常是CPU+ GPU/FPGA/DSP,主要由CPU完成不可加速部分的计算以及整个系统的控制调度,由GPU/FPGA/DSP完成特定的任务和加速。

异构计算是一种特殊形式的并行和分布式计算,区别于CPU计算的通用架构,整合多种计算架构如CPU、GPU、FPGA、DSP、ASIC等,可简单理解为:专人干专事,人多力量大。

3)算 力 算力(Computing Power)

算力,顾名思义就是计算能力。 算力原本是比特币处理能力的度量单位,即为CPU计算哈希函数输出的速度。现在已经成为一个描述计算能力的通用名词。

算力存在于各种硬件设备中,没有算力就没有软硬件的正常应用。高配置的电脑算力更高,可以运行复杂大型的软件,低配置的电脑算力不够,适合运行一般的办公软件。 算力受处理器的运行速度、存储、网络等因素的影响,而算力的核心在芯片。

算力为大数据和人工智能的发展提供基础保障,算力是人工智能发展的动力和引擎。

算力、大数据、人工智能,三者已经有机结合成了一个智能化的整体。目前,算力的发展迫在眉睫,否则会束缚人工智能的发展。

4)异构集成、异构计算、算力的关系

The relationship between them

关于异构集成、异构计算、算力三者之间的关系,我想了想,画了下面一张图,大致可以来描述三者之间的关系。

4cd5f942-8c43-11ee-939d-92fbcf53809c.jpg

异构集成主要在封装层面,通过先进封装技术将不同工艺节点、不同材质的芯片集成在一起,异构计算通过整合不同架构的运算单元来进行并行计算,二者的目的都是为了提升算力。

异构计算充分利用各种计算资源的并行和分布计算技术,能够将不同制程和架构、不同指令集、不同功能的硬件进行组合,已经成为解决算力瓶颈的重要方式。

而要实现异构计算,异构集成和先进封装技术在其中扮演了关键的角色。异构集成与先进封装技术的进步使在单个封装内构建复杂系统成为了可能,能够快速达到异构计算系统内的芯片所需要的功耗、体积、性能的要求,是目前技术能够实现的最佳解决方案。

异构集成和异构计算追求的目标是使计算任务的执行具有最短时间,也就是拥有最强的算力。

5)异 构 时 代

异构时代(Heterogeneous Era)

异构技术逐渐成为主流的时代,被业界称为异构时代,这里的异构既包括异构计算也包括异构集成。

异构计算概念兴起于上世纪80年代,其热起来也是近十年间的事情,异构集成概念出现的时间不到十年,是随着先进封装技术的兴起而逐渐为业界所认可。

异构计算和异构集成两者的目的都为了提升算力。当今这个时代,异构逐渐成为一个热门词汇,因此被称为异构时代。

异构集成、异构计算都因为时代而生,这个时代,就是异构时代。

总 结

这篇文章主要搞清楚了以下几个问题:

1)异构集成全称为异构异质集成,主要是指封装层面的集成,其概念是在近十年间随着先进封装技术的兴起而日益受到业界的重视。

2)异构计算是指将CPU、GPU、FPGA、DSP等不同架构的运算单元整合到一起进行并行计算,以提高算力。

3)算力就是计算、数据处理的能力。

4)异构集成、异构计算其主要目的都是为了提升系统的算力。

5)异构集成、异构计算都因为时代而生,这个时代,就是异构时代。







审核编辑:刘清

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • SiC
    SiC
    +关注

    关注

    26

    文章

    2277

    浏览量

    61282
  • 芯片封装
    +关注

    关注

    9

    文章

    355

    浏览量

    30057
  • GaN
    GaN
    +关注

    关注

    19

    文章

    1698

    浏览量

    66915
  • 异构计算
    +关注

    关注

    2

    文章

    91

    浏览量

    16143
  • 异构集成
    +关注

    关注

    0

    文章

    29

    浏览量

    1746

原文标题:异构集成 与 异构计算

文章出处:【微信号:bdtdsj,微信公众号:中科院半导体所】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    华芯邦科技开创异构集成新纪元,Chiplet异构集成技术衍生HIM异构集成模块赋能孔科微电子新赛道

    华芯邦科技将chiplet技术应用于HIM异构集成模块中伴随着集成电路和微电子技术不断升级,行业也进入了新的发展周期。HIM异构集成模块化-
    的头像 发表于 01-18 15:20 153次阅读

    异构众核系统高性能计算架构

    随着计算机技术的发展,单核处理器已经难以满足高性能计算的需求,众核处理器成为了一种有效的解决方案。众核处理器是指在一个芯片上集成多个处理器核心,通过并行计算提高性能和能效,众核处理器可
    的头像 发表于 11-30 08:27 354次阅读
    <b class='flag-5'>异构</b>众核系统高性能<b class='flag-5'>计算</b>架构

    异构集成 (HI) 与系统级芯片 (SoC) 有何区别?

    异构集成 (HI) 与系统级芯片 (SoC) 有何区别?
    的头像 发表于 11-29 15:39 326次阅读
    <b class='flag-5'>异构</b><b class='flag-5'>集成</b> (HI) 与系统级芯片 (SoC) 有何区别?

    3D异构集成与 COTS (商用现成品)小芯片的发展问题

    3D 异构集成与 COTS (商用现成品)小芯片的发展问题
    的头像 发表于 11-27 16:37 183次阅读
    3D<b class='flag-5'>异构</b><b class='flag-5'>集成</b>与 COTS (商用现成品)小芯片的发展问题

    异构时代:CPU与GPU的发展演变

    异构计算是指在一个系统中使用不同类型的处理器来执行不同的计算任务,以提高性能,效率和可靠性。随着摩尔定律的放缓,单一类型的处理器已经难以满足日益增长的运算需求。与此同时,不同类型的处理器具有各自
    的头像 发表于 10-24 10:17 438次阅读
    <b class='flag-5'>异构</b>时代:CPU与GPU的发展演变

    请问模型推理只用到了kpu吗?可以cpu,kpu,fft异构计算吗?

    请问模型推理只用到了kpu吗?可以cpu,kpu,fft异构计算吗?
    发表于 09-14 08:13

    新一代计算架构超异构计算技术是什么 异构走向超异构案例分析

    异构计算架构是一种将不同类型和规模的硬件资源,包括CPU、GPU、FPGA等,进行异构集成的方法。它通过独特的软件和硬件协同设计,实现了计算资源的灵活调度和优化利用,从而大大提高了
    发表于 08-23 09:57 363次阅读
    新一代<b class='flag-5'>计算</b>架构超<b class='flag-5'>异构计算</b>技术是什么 <b class='flag-5'>异构</b>走向超<b class='flag-5'>异构</b>案例分析

    异构计算场景下构建可信执行环境

    本文转载自 OpenHarmony TSC 《峰会回顾第4期 | 异构计算场景下构建可信执行环境》 演讲嘉宾 | 金意儿 回顾整理 | 廖涛 排版校对 | 李萍萍 嘉宾简介 金意儿,华为可信计算
    发表于 08-15 17:35

    混合键合将异构集成提升到新的水平

    芯片异构集成的概念已经在推动封装技术的创新。
    的头像 发表于 07-03 10:02 1429次阅读
    混合键合将<b class='flag-5'>异构</b><b class='flag-5'>集成</b>提升到新的水平

    异构计算的初步创新

    更 高,x16带宽(双向)从64 GB/s提 升到了128 GB/s;目前规范制定已迭 代至6.0版本,带宽再翻倍。 异构计算的初步创新:在
    的头像 发表于 06-19 11:26 367次阅读
    <b class='flag-5'>异构计算</b>的初步创新

    PrimeSimSPICE:异构计算模型实现数量级性能突破

    随着对更高计算性能的需求不断增加,HPC 行业正朝着异构计算模型发展,其中 GPU 和 CPU 协同工作以执行通用计算任务。在这种异构计算模型中,GPU 充当 CPU 的加速器,以减轻
    的头像 发表于 05-24 16:53 506次阅读
    PrimeSimSPICE:<b class='flag-5'>异构计算</b>模型实现数量级性能突破

    构建面向异构算力的边缘计算云平台

    数据又消费数据,再慢慢到设备与设备之间的信息互联,万物互联的时代已然到来。 在万物互联时代,需要计算的数据越来越多,需求在不断的变化,异构计算能够充分发挥 CPU/GPU 在通用计算上的灵活性,及时响应数据处理需求,搭 配上
    发表于 05-18 17:15 0次下载
    构建面向<b class='flag-5'>异构</b>算力的边缘<b class='flag-5'>计算</b>云平台

    异构计算面临的挑战和未来发展趋势

    导读超异构异构的本质区别在哪里?这篇文章通过对异构计算的历史、发展、挑战、以及优化和演进等方面的分析,来进一步阐述从异构走向异构融合(即超
    的头像 发表于 04-26 15:18 498次阅读
    <b class='flag-5'>异构计算</b>面临的挑战和未来发展趋势

    TSC峰会回顾04 | 异构计算场景下构建可信执行环境

    不同制程架构、不同指令集、不同功能的算力单元,组合起来形成一个混合的计算系统,使其具有更强大、更高效的功能。如何在异构计算场景下构建可信执行环境呢?华为可信计算首席科学家、IEEE硬件安全与可信专委会
    发表于 04-19 15:20

    RISC-V给异构计算带来新活力

    来源: EEWORLD ChatGPT的火热,持续催生着包括人工智能、大数据等应用的火热。在不断兴起的新应用的背后,需要更复杂的计算方式,而异构计算概念也因此诞生。将不同的计算任务进行分解,利用包括
    的头像 发表于 03-11 00:45 386次阅读