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芯片云（Cloud-of-Chips，CoC）是高度可擴(kuò)展和可組合的系統(tǒng)，不僅像傳統(tǒng)SoC一樣在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)使用RTL組裝，也可以采用3D-IC集成技術(shù)在集成電路（IC）封裝時(shí)組裝。CoC系統(tǒng)的實(shí)際實(shí)現(xiàn)不僅需要解決單個(gè)IC中不同功能塊之間的可擴(kuò)展、可配置和安全通信問題，還需要解決單個(gè)封裝中不同IC之間的可擴(kuò)展、可配置和安全通信問題，以及相同或不同PCB上不同封裝之間甚至不同系統(tǒng)之間的可擴(kuò)展、可配置和安全通信問題。
芯片云（CoC）架構(gòu)的最大特點(diǎn)是廣泛的可擴(kuò)展性；這種方法可應(yīng)用于任何規(guī)模的系統(tǒng)，從小系統(tǒng)（幾十個(gè)功能塊）到有幾千個(gè)功能塊的大系統(tǒng)。我們的新架構(gòu)稱為CoC ，類似于云計(jì)算范式的無限可擴(kuò)展性。CoC概念是指大量互連的IC和IC內(nèi)核，它們可以具有不同的通信速度和層次級(jí)別。IC內(nèi)核正在使用先進(jìn)的集成技術(shù)，如2.5D和3D。CoC模板架構(gòu)是一種靈活且可擴(kuò)展的SoC，可以根據(jù)應(yīng)用需求輕松進(jìn)行重新配置。該架構(gòu)可以改變特性，例如路由邏輯、傳輸路徑、優(yōu)先級(jí)和ic集群。模板架構(gòu)和計(jì)算集群在設(shè)計(jì)時(shí)耦合，可以在運(yùn)行時(shí)處理通信方案和安全特性。圖1展示了一個(gè)PCB，其中包含一個(gè)由多個(gè)相同IC組成的封裝，每個(gè)IC可能有許多功能IP核。
換句話說，芯片云是多個(gè)集成電路（IC）的集成，其中每個(gè)IC可以是包含高性能和低性能核心的多個(gè)管芯的組合。此外，這些IC可以是圖形處理單元（GPU）、密碼處理器、加速器或這些IP塊的組合。該解決方案具有高度的可擴(kuò)展性和低成本，因?yàn)樗梢赃m應(yīng)要求的任何應(yīng)用程序。圖2示出了具有兩個(gè)子系統(tǒng)的集成電路的集合：一個(gè)高性能子系統(tǒng)和另一個(gè)高性能子系統(tǒng)采用密碼單元進(jìn)行密碼操作。
為了在上述級(jí)別實(shí)現(xiàn)CoC的概念和系統(tǒng)可配置性，我們建議使用軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）的概念。每個(gè)IC集成一個(gè)軟件可編程控制器。所有控制器都向中央硬件控制器報(bào)告。兩級(jí)結(jié)構(gòu)支持IC級(jí)和PCB級(jí)的高效通信。分組轉(zhuǎn)發(fā)以SDN方式處理。源IP核心將數(shù)據(jù)包報(bào)頭轉(zhuǎn)發(fā)到板載控制器，控制器在每個(gè)NoC路由器上發(fā)回整個(gè)出口序列。每個(gè)IC上的控制器還維護(hù)用于外部IC通信的流表和組表。流規(guī)則包括頻繁訪問的路徑，并且在未命中的情況下，分組報(bào)頭被轉(zhuǎn)發(fā)到中央控制器。中央控制器可以訪問全局拓?fù)湟晥D，并負(fù)責(zé)更新這些控制器上的流條目。一旦流條目被更新，報(bào)頭分組被分配一個(gè)路由，其余分組將遵循相同的路由。
CoC式適合各種應(yīng)用的獨(dú)特平臺(tái)，它利用現(xiàn)有的芯片，通過在設(shè)計(jì)時(shí)重疊許多步驟，具有根據(jù)應(yīng)用的主要設(shè)計(jì)規(guī)范來創(chuàng)建任何SoC的能力。在IC流片后，SDNoC（一種特定于應(yīng)用的軟件定義網(wǎng)絡(luò)）可以將子系統(tǒng)集成到同一系統(tǒng)中。例如，在選定的內(nèi)核之間啟用專用路徑，可以根據(jù)應(yīng)用需求創(chuàng)建高性能子系統(tǒng)、低功耗子系統(tǒng)或兩者的混合。此外，在航空、醫(yī)學(xué)或汽車等特定應(yīng)用中，嵌入式加速器甚至可以在運(yùn)行時(shí)連接或斷開每個(gè)已配置的子系統(tǒng)。由于IP模塊的數(shù)量可以在設(shè)計(jì)時(shí)和運(yùn)行時(shí)配置，CoC可以支持幾種潛在的應(yīng)用。
（1）云計(jì)算服務(wù)/物聯(lián)網(wǎng)
這是由多種不同設(shè)備組成的通用異構(gòu)系統(tǒng)，但當(dāng)前的系統(tǒng)缺乏異構(gòu)設(shè)備之間的兼容性，這增加了部署的總成本。由于高可擴(kuò)展性，CoC可以根據(jù)應(yīng)用程序的需求進(jìn)行調(diào)整。
（2）移動(dòng)和高性能計(jì)算
正處于不斷發(fā)展的階段，對(duì)硬件創(chuàng)新提出了挑戰(zhàn)，這確實(shí)需要在芯片上嵌入大量功能。上市時(shí)間的壓力和實(shí)施成本可以用CoC來處理，通過使用現(xiàn)有的功能管芯，CoC減少了當(dāng)前2D系統(tǒng)的迭代和耗時(shí)的設(shè)計(jì)流程。
（3）醫(yī)療儀器
醫(yī)療儀器是異構(gòu)架構(gòu)，包括許多處理器和加速器。通過在同一封裝上組合不同的CMOS技術(shù)，CoC使得在性能和成本之間進(jìn)行權(quán)衡變得可行。
（4）航空/航天和汽車系統(tǒng)
傳統(tǒng)上，航空/航天和汽車系統(tǒng)使用專用設(shè)備上的許多控制模塊來管理外圍傳感器。所有這些設(shè)備都連接到一個(gè)中央單元，以便整個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)一操作。CoC通過將所有外圍設(shè)備集成在同一個(gè)封裝上，采用2.5D和3D堆疊集成，從安全角度提高了可靠性，并提高了系統(tǒng)性能。
查詢進(jìn)一步信息，請(qǐng)?jiān)L問官方網(wǎng)站 http://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0141933121001411。（Lisa WU, 365PR Newswire）
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