摘要：硅技术定义了我们今天使用的数十亿台设备，并为数据中心和云端的解决方案提供支持，这些解决方案对于人工智能时代的处理至关重要。然而，随着人工智能的迅猛发展，对计算的需求不断增加，以及对更小处理节点的不断推动，芯片的成本和复杂性继续以前所未有的速度上升。

本文由半导体产业纵横（ID：ICVIEWS）编译自eetimes

硅技术定义了我们今天使用的数十亿台设备，并为数据中心和云端的解决方案提供支持，这些解决方案对于人工智能时代的处理至关重要。然而，随着人工智能的迅猛发展，对计算的需求不断增加，以及对更小处理节点的不断推动，芯片的成本和复杂性继续以前所未有的速度上升。

事实上，根据麦肯锡的估计，到 2030 年，生成式 AI 计算需求总量可能达到 25×1030 FLOP，这大大超出了当前超级计算机和 AI 系统的性能。因此，通过硅片实现高效的 AI 处理仍然是该行业的核心考虑因素。

因此，半导体行业目前正处于一个转折点，最终将需要硅片设计、开发和部署方面的转型。下一个硅片超级周期将释放出改变生活的创新和数十年来前所未有的工程创造力。以下是我对这一情况将如何发生的七种预测：

从成本和物理角度来看，传统的硅片流片变得越来越困难。如今，它们的成本非常高，而且随着 2 纳米等更小的处理节点的推进，制造过程中的复杂性和成本进一步增加。与此同时，人工智能时代对更多计算的需求也在不断增加。

最终结果是芯片设计变得更加复杂，如果行业继续“一切照旧”，这将无法实现。因此，半导体行业需要超越传统的硅片设计方法，探索新的、创造性的方法来应对当前的挑战，并推动持续的技术创新。其中一种方法就是小芯片。

半导体行业已经意识到，核心硅片组件不需要集成在单个单片芯片上。芯片组是一种解决方案，因为它允许堆叠和互连多个半导体芯片，以提高性能、提高效率并创造有趣的新设计可能性，例如芯片到芯片接口和新的 2.5D 和 3D 封装解决方案。

硅片制造商无需设计新芯片，而是可以添加更多芯片来提高计算能力和性能，甚至可以升级现有芯片，从而更快地将新产品推向市场。与单个单片芯片相比，芯片也更容易制造，制造过程中产生的浪费更少。

所有这些优势都可能使芯片成为硅片设计、开发和部署的潜在变革者。因此，芯片的不同实现技术正受到越来越多的关注，并开始对核心架构和微架构产生影响。在不久的将来，架构师将需要了解不同的芯片实现方式，无论是制造工艺节点还是封装技术，以便他们能够利用性能和效率优势。

遵循摩尔定律，业界每年都在芯片上集成数十亿个晶体管，性能翻倍，功耗减半。然而，这种在单个单片芯片上不断追求更多晶体管、更高性能和更低功耗的做法是不可持续的。半导体行业需要重新思考和重新校准摩尔定律。事实上，代工和封装公司已经在寻找新方法来突破摩尔定律的界限，但要从新的维度出发，而 Chiplet 就是其中一种解决方案。

摩尔定律重新校准的一部分是不再仅仅关注性能作为关键指标，而是将每瓦性能、每面积性能、每功率性能和总拥有成本作为硅片设计的核心指标。这些指标与更广泛的科技行业的发展方向更相关，因为它推动了人工智能工作负载的更高效计算。

整个行业都在推动人工智能的高效计算，涵盖了从大数据中心到边缘（实际设备）的所有技术接触点。这一推动的核心是创新的新型硅片设计，其核心是能效。

找到限制全球大型数据中心耗电量的方法至关重要，尤其是考虑到它们每年需要 460 TWh 的电力——相当于整个德国的用电量。引入更大的数据中心将消耗更多的能源和电力，给企业和地球带来 AI 可持续性挑战。

幸运的是，我们知道，很多行业都要求更高效的 AI。亚马逊、谷歌、微软和甲骨文等全球领先的科技公司都已在自己的云数据中心优化硅片设计中采用了节能技术。

推动高效 AI 的一个重要因素是优化硅片，而优化硅片将继续增长。虽然目前许多 SoC 都是通用芯片组，但优化硅片旨在满足特定市场、应用或客户的特定需求。

几乎所有参与半导体行业的公司都在探索和投资优化硅片，尤其是“四大”云超大规模提供商，包括 AWS、谷歌云和微软，它们占每年在云服务器上花费的 1000 亿美元中的近一半。

然而，优化的硅片并非只适用于大型云超大规模企业。规模较小的公司也在创建自己的解决方案，以满足各种复杂的计算需求。例如，新兴的无晶圆厂技术提供商 Faraday Technology 正在为数据中心和先进的 5G 网络开发自己的 64 核优化硅片 SoC，该产品由 Arm 和英特尔代工服务提供支持。

推动优化硅片将有助于科技公司在其解决方案中实现真正的商业差异化。计算子系统是核心计算组件，使合作伙伴能够差异化和定制自己的解决方案，因为每个子系统都配置为执行或贡献特定的计算功能或专门功能。

一个很好的例子是韩国的 Rebellions，该公司最近宣布开发一个新的大型 AI 平台，即 REBEL AI 平台，以提高 AI 工作负载的能效。该平台基于 Arm Neoverse Compute Subsystems V3 构建，但也利用了三星代工厂的 2 纳米工艺节点和封装以及 ADTechnology 的设计服务，为市场提供差异化产品。

在新硅片时代，我们看到了前所未有的工程复杂性，这将需要不同公司在硅片设计、开发和部署的每个阶段都具备特定的专业知识。没有一家公司能够独自覆盖设计和集成的每个层面，需要深层次的生态系统协作。这为不同的公司提供了独特的机会，让他们能够根据自己的核心竞争力提供不同的计算组件和解决方案。

诸如 Arm 的 Total Design 之类的合作可以帮助生态系统加速开发和部署更有效、更高效、性能更高的硅片解决方案和系统。增强整个技术生态系统中的不同解决方案和专业知识层次将实现下一代差异化和强大的硅片设计。

未来十年将是硅创新真正激动人心的时代，它将带来新的设计可能性，从而改变整个科技行业。然而，有一点是明确的：长期来看，一切照旧是不可持续的，尤其是当你考虑到该行业面临的复杂计算挑战时。

通过重新思考硅片设计、重新关注节能的人工智能处理和前所未有的生态系统协作，半导体行业将把自己置于人工智能时代持续计算转型的中心。

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来源：半导体产业纵横