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Jim Keller眼中的芯片设计问题与解决之道
2022-11-23 01:04:00
今年的台积电论坛上，半导体老将Jim Keller登台并发表了主题为《2023年需要解决的设计问题》的演讲。而去年年底的三星Foudry大会上，Jim Keller也曾登台发表过演讲，看起来作为初创AI芯片公司Tenstorrent的总裁兼CTO，Jim Keller似乎也有了更多的时间走到台前，以自己在苹果、AMD、英特尔和特斯拉的工作经验，分享自己的一些看法。
摩尔定律
“摩尔定律是否已死？”这个问题萦绕在不少人的心头，哪怕是业界巨头也对此持不同的看法，Jim Keller称自己的不少朋友都认为摩尔定律已达终结之日，比如英伟达CEO黄仁勋以及MosaicML的CEO Naveen Rao。
黄仁勋的观点大家想必也都已经有所耳闻了，他认为晶体管密度的增长速度已经放缓了，不再是过去那样每18个月翻倍了，所以像英伟达和苹果之类的厂商都开始堆芯片面积。而Naveen Rao认为摩尔定律已死则是从成本上来考虑的，他认为工艺节点推进的同时成本也在随之上升，而且晶圆成本上升的比例远超过逻辑密度的提升，单元面积内的性能确实是在提升，但单元成本内的性能并没有提升。
Jim Keller本人是不同意摩尔定律已死这一观点的，他认为目前技术上确实有一些高难度的限制，但其中有的是实现方式和习惯造成的问题。他举例称人脑是目前最低功耗和最高计算密度的物体，既然已经有这样的证明存在了，自然是可实现的，而不是无法解决的问题。
IP与Chiplet
在去年的演讲中，Jim Keller就将IP的选择比喻成在家得宝购物，就像购买家居建材一样，这是一个已知可行的方法，我们也已经践行了很多年。尤其是对于一些大公司来说，他们很喜欢这种自己动手“组装”的过程，而且最终也能获得很好的性能指标。但他也提到，如果你的目标是在A0版流片就用到超高质量的IP阵容，那成本也将变得异常高。
但业界依然在遵循这套流程，这是为什么呢？Jim Keller指出人类尤其是工程师就是这么固执的生物，我们喜欢重复我们已经做过的事，重复其他人做过的事，哪怕这种重复成本极高而且会拖慢产品上市的时间。
而Chiplet的出现带来了新的流程，首先这种新的封装方式支持很小的bump pitch，而且不少Chiplet已经集成了高质量的IP，可以直接拿去用不做任何修改。这样的话你还是可以自己打造IP，通过CAD打造SoC，然后交给代工厂，但这时你可以购买现成的Chiplet，而无需去买一堆IP的授权，最后封装在一起交付给客户。
Chiplet设计流程 / Tenstorrent
这样一来定制设计的流程就被简化了，你省去了上述的重复过程，而且在组合的过程中可以选择不同工艺的Chiplet节约成本。Jim Keller也举了个例子，同样的AI引擎，不同的客户有着不同的要求，比如DRAM容量、DRAM带宽等等，针对这些不同的需求，你要么花大价钱将这些要求全部设计进去，要么开发几版设计，而有了Chiplet之后，选择更多也更容易了，比如DDR5控制器、HBM控制器、GDDR6控制器乃至组合控制器等等。
开放制胜
鉴于Tenstorrent目前已经开始基于RISC-V开发AI处理器Ascalon，Jim Keller也对开源开放发表了自己的见解。他以Linux为例，虽然做出一些先进设计挑战很大，但Linux选择了两步走来解决问题，第一就是将问题切分开来，第二就是让一大批人共同参与进来，这样一来就靠人数的优势分摊了开发成本。
开源RISC-V处理器和Tenstorrent自研RISC-V处理器 / Tenstorrent
在从零开始开发芯片的工作中需要一大批工具和资源，比如参考模型、测试环境、编译器、操作系统、向量库等等，而Tenstorrent在基于RISC-V开发的过程这些资源都是直接下载就好，Linux可正常运行、LLVM可正常运行、GCC可正常运行，还有OpenRoad、OpeNPDN这样的开源物理设计工具。
Jim Keller再次以RISC-V作为例子，他提到了今年底即将举办的RISC-V峰会，强调Tenstorrent提交了7份报告上去，最终RISC-V国际基金会只接受并安排了其中两个，Jim Keller对此还挺懊恼的。
但他们得到的回应是，本次峰会收到的报告太多了，不得不限制在每家公司最多两个。他表示，这就是目前RISC-V目前开源开放生态的优势，x86就没有这样的论坛，Arm生态也没有这样的势头，开源开放将是解决挑战制胜的一大关键，这一说法也同样适用于前面提到的Chiplet。
小结
虽然Jim Keller在上面已经提到了不少解决设计问题的实际方法，但他认为最困扰一些设计工程师的是固有思维。“如果你认为这个问题是无法解决的，那么它将永远不会得到解决。解决问题同样需要自己可以成功的信念，并去推翻那些基本原则。”
摩尔定律
“摩尔定律是否已死？”这个问题萦绕在不少人的心头，哪怕是业界巨头也对此持不同的看法，Jim Keller称自己的不少朋友都认为摩尔定律已达终结之日，比如英伟达CEO黄仁勋以及MosaicML的CEO Naveen Rao。
黄仁勋的观点大家想必也都已经有所耳闻了，他认为晶体管密度的增长速度已经放缓了，不再是过去那样每18个月翻倍了，所以像英伟达和苹果之类的厂商都开始堆芯片面积。而Naveen Rao认为摩尔定律已死则是从成本上来考虑的，他认为工艺节点推进的同时成本也在随之上升，而且晶圆成本上升的比例远超过逻辑密度的提升，单元面积内的性能确实是在提升，但单元成本内的性能并没有提升。
Jim Keller本人是不同意摩尔定律已死这一观点的，他认为目前技术上确实有一些高难度的限制，但其中有的是实现方式和习惯造成的问题。他举例称人脑是目前最低功耗和最高计算密度的物体，既然已经有这样的证明存在了，自然是可实现的，而不是无法解决的问题。
IP与Chiplet
在去年的演讲中，Jim Keller就将IP的选择比喻成在家得宝购物，就像购买家居建材一样，这是一个已知可行的方法，我们也已经践行了很多年。尤其是对于一些大公司来说，他们很喜欢这种自己动手“组装”的过程，而且最终也能获得很好的性能指标。但他也提到，如果你的目标是在A0版流片就用到超高质量的IP阵容，那成本也将变得异常高。
但业界依然在遵循这套流程，这是为什么呢？Jim Keller指出人类尤其是工程师就是这么固执的生物，我们喜欢重复我们已经做过的事，重复其他人做过的事，哪怕这种重复成本极高而且会拖慢产品上市的时间。
而Chiplet的出现带来了新的流程，首先这种新的封装方式支持很小的bump pitch，而且不少Chiplet已经集成了高质量的IP，可以直接拿去用不做任何修改。这样的话你还是可以自己打造IP，通过CAD打造SoC，然后交给代工厂，但这时你可以购买现成的Chiplet，而无需去买一堆IP的授权，最后封装在一起交付给客户。
Chiplet设计流程 / Tenstorrent
这样一来定制设计的流程就被简化了，你省去了上述的重复过程，而且在组合的过程中可以选择不同工艺的Chiplet节约成本。Jim Keller也举了个例子，同样的AI引擎，不同的客户有着不同的要求，比如DRAM容量、DRAM带宽等等，针对这些不同的需求，你要么花大价钱将这些要求全部设计进去，要么开发几版设计，而有了Chiplet之后，选择更多也更容易了，比如DDR5控制器、HBM控制器、GDDR6控制器乃至组合控制器等等。
开放制胜
鉴于Tenstorrent目前已经开始基于RISC-V开发AI处理器Ascalon，Jim Keller也对开源开放发表了自己的见解。他以Linux为例，虽然做出一些先进设计挑战很大，但Linux选择了两步走来解决问题，第一就是将问题切分开来，第二就是让一大批人共同参与进来，这样一来就靠人数的优势分摊了开发成本。
开源RISC-V处理器和Tenstorrent自研RISC-V处理器 / Tenstorrent
在从零开始开发芯片的工作中需要一大批工具和资源，比如参考模型、测试环境、编译器、操作系统、向量库等等，而Tenstorrent在基于RISC-V开发的过程这些资源都是直接下载就好，Linux可正常运行、LLVM可正常运行、GCC可正常运行，还有OpenRoad、OpeNPDN这样的开源物理设计工具。
Jim Keller再次以RISC-V作为例子，他提到了今年底即将举办的RISC-V峰会，强调Tenstorrent提交了7份报告上去，最终RISC-V国际基金会只接受并安排了其中两个，Jim Keller对此还挺懊恼的。
但他们得到的回应是，本次峰会收到的报告太多了，不得不限制在每家公司最多两个。他表示，这就是目前RISC-V目前开源开放生态的优势，x86就没有这样的论坛，Arm生态也没有这样的势头，开源开放将是解决挑战制胜的一大关键，这一说法也同样适用于前面提到的Chiplet。
小结
虽然Jim Keller在上面已经提到了不少解决设计问题的实际方法，但他认为最困扰一些设计工程师的是固有思维。“如果你认为这个问题是无法解决的，那么它将永远不会得到解决。解决问题同样需要自己可以成功的信念，并去推翻那些基本原则。”
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