小芯片架构超级电脑的时代已经到来
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超级电脑正在进入百万兆级运算时代，有望为AI、生物学、国防、能源、科学等领域带来
新的突破。
目前全球许多机构正在开发百万兆级超级电脑。中国似乎以微弱优势领先，美国紧随其后
，欧洲较为落后。不过，2022年早些时候，欧洲高性能运算联合企业 （EuroHPC）启动了
几个新专案，包括一个百万兆级计划。
从架构来看，中国倾向于使用传统的客制化处理器设计超级电脑，但美国的百万兆级系统
正在采取另一种方法。美国将CPU和GPU利用小芯片，混合和匹配芯片并将它们组装。迄今
为止，超微、英特尔、Marvell等已经开发了基于小芯片设计的解决方案，主要用服务器
和其他高阶应用。这个概念也是超级运算的理想选择。
小芯片的特性，包括：显著减小尺寸、降低功耗和更好的高速性能。美国国防部和DARPA
正在努力将小芯片带入超级电脑。如今美国正在开发三个百万兆级系统，分别是Aurora、
El Capitan和Frontier。其中，Frontier将于2022年底投入营运，随后Aurora和El
Capitan将于2023年投入营运。
其实，超级电脑只是小芯片众多应用之一。最近，一些供应商已经为服务器开发了类似小
芯片的设计，至于真正的小芯片架构正在开发中。
开发类似小芯片的设计很有吸引力，但也存在一些挑战。开发小芯片需要资源和几个要素
。首先，取代SoC的小芯片，必须从头开始使用较小的裸片来设计芯片。然后，制造模具
并将它们重新组装进入封装。
其中，封装本身不再只是封装单个裸片。在更先进的封装中，厂商必须考虑布局、与芯片
和封装的交互作用，以及如何对这些层进行布线。问题是如何达到真正优化布局，以在封
装中获得最佳性能或最大性能。
而且这不是唯一的问题。在封装中，一些裸片被堆叠。其他裸片位于封装的其他位置。因
此，厂商需要一种使用将一个裸片连接到另一个裸片的方法。如今，类似小芯片的设计是
使用专属汇排和接口来连结裸片，这限制了该技术的采用。因此，现在有些组织开始研发
开放性汇排和接口的标准。
如今ASE、超微、Arm、谷歌、英特尔、Meta、微软、高通、三星和台积电成立了一个联盟
，正在建立一个支持小芯片的裸片到裸片互连标准。该组织还批准了UCIe规范（这是一种
封装级别的开放式产业互连标准）。UCIe 1.0规范涵盖 die-to-die I/O物理层、
die-to-die协议和软件堆栈。
总之，随着苹果推出了具有类似小芯片的处理器M1 Ultra，以及基于小芯片的百万兆级超
级电脑已经出现。因此，小芯片时代已经真正到来，未来推动产业从以硅为中心的思维发
展到系统级规划，并将重点放在IC和封装的协同设计上。