高性能计算、未来的应用与Samsung Foundry的SAFE IP解决方案

数据是一切的核心。所有技术进程的爆发都将带来惊人的数据量增长，处理和控制这些信息的理想方法变得无比重要。因此，如想要想探索能够改变世界的技术，则必然要有执行海量计算处理的能力。这正是高性能计算（HPC）的用武之地。 高性能计算意味着能够快速大规模处理海量的数据，并执行复杂的计算。未来，CPU、GPU、网络和人工智能（AI）等数据密集型技术将在日常生活中更加常见，高性能计算也将变得越来越重要。 Samsung Foundry注意到高性能计算的重要性，投入了大量的时间和人才来提供多功能、动态化的HPC解决方案，不仅旨在满足当下的需求，同时也通过Samsung Advanced Foundry Ecosystem知识产权（SAFE IP）计划来预测面向未来的创新。在2022年10月4日于圣何塞举行的2022年三星SAFE论坛上，Samsung Foundry执行副总裁兼IP生态系统负责人介绍了公司的HPC IP进步，以及当前和未来的产品功能。

不断演变的高性能计算世界 在开始进入主题前，Shin介绍了高性能计算市场的总体现状。Shin解释说，到2026年，晶圆代工市场的总体规模将增加1500亿美元。其中高性能计算应用将占36%。 除数据的规模增长外，数据相关业务的精细化程度和复杂性也将同步提升。随着越来越多的市场参与者和更多的芯片进入各个HPC板块，重点企业的支配地位可能逐渐消失，市场格局将变得更加多元化。Shin强调说，所有这些因素都将促进对客制化HPC芯片的需求增长。目前，还没有出现这种需求将很快放缓的迹象，新的IP将是满足这些需求的关键。 Shin解释说：“先进节点都需要IP。它对于高性能计算的重要性更甚于所有其他的应用。HPC 主要用于数据技术，芯片的性能很大程度上取决于数据量。因此高性能计算的性能不仅与数据计算的计算核心有关系，还跟数据输入输出的IP有关。”

高性能计算的丰富组件 然后Shin介绍了SAFE如何通过其高性能 IP生态环境来支持高性能计算，包括通过详细的案例分析来说明客户可能面临的考量因素以及三星可以提供的帮助。 Shin介绍说：“我们来假设一种情况，比如你想用硅来实现一个人工智能的创新想法。那么马上就会发现设计的芯片太大，以至于一个颗芯片无法容纳，然后就必须考虑芯粒的解决方案和芯片互连（D2D）IP。” Shin解释说，Samsung Foundry拥有多种类型的D2D IP，包括UCIe、BoW、XSR以及晶圆代工自身的解决方案HBB，涵盖多芯片模组和硅中介层。 在带宽方面又如何？ Shin指出，客户可能需要极高的DRAM带宽，因此三星即可提供一般使用的DDR和HBM方案，同时也可提供LPDDR。后者具有更低耗电量和更高速度的特点，越来越受客户欢迎。 在所有的工艺节点甚至是3nm，相应的IP已经已经全部实现或是正在开发中，从而为客户提供广泛的DRAM读取选项，以方便满足不同的需求。 然后是将芯片相互连接并建成完整的系统。在此方面，三星提供了串行化/反串行化（SerDes） IP 解决方案。 Shin介绍说：“PCIe、多协议SerDes和112G SerDes在5纳米、4纳米和3纳米产品中均得到支持。此外还需要指出的是，从Gen4到Gen6，不同的PCIe代系均考虑了每种芯片的理想PPA要求。” 最后，Samsung Foundry还提供高性能计算必要的模拟IP和核心安全加密IP。大多数模拟IP（从PLL到温度传感器）已经为先进节点应用做好了准备，而超高速ADC这种模拟IP更是专门用于各种网络应用，例如5G基站。 在安全IP领域，Shin补充道，安全加密IP方面，相应的硬核和软核IP已经准备就绪, 以满足高性能计算应用的安全需求。这包括具有超低错误率的PUF、用于存储应用的动态加密闪存和DRAM，以及未来加密系统所需的量子密码。极低错误率的PUF、用于存储应用的空中闪存DRAM 加密以及用于未来加密系统的后量子加密技术。 可支持各种理想的设计基础设施 在他演讲的最后一部分，Shin介绍了支持高性能IP的设计基础设施。 Shin指出：“各位也可以开发特殊的IP，而三星可以随时提供支持合作伙伴完成设计所需的先进基础设施。” 晶圆代工行业开发了在模拟和数字设计中广泛应用的EDA 工具，与各种S参数提取工具一样，也在3纳米下通过了认证。晶圆代工行业还提供静电释放（ESD） 保护。 Shin解释说：“大ESD具有较高的带电器件模式（CDM）和人体模式（HBM）容差，但也会导致输入和输出（I/O） 性能下降，反之亦然。因此，Samsung Foundry提供了多种ESD单元来实现艰难的平衡。高电流ESD单元型号可用于基于模拟的ESD验证，这有利于在特定封装类型的设计阶段估计CDM/HBM水平。” 在Shin演讲的最后，他特别重点介绍了三星的 3 纳米GAA（全环绕栅极）解决方案，以及公司支持客户克服EG-less设计局限性的方式。EG-less设计导致要修改已可能导致需要对现行设计进行一些修改，但这可以令整个芯片在工艺上更稳健，在成本上更低廉，因此效益十分可观。 Shin 指出：“EG-less设计可以承受最大1.8V。幸运的是，该电压适用于大部分IP应用领域。 部分IP合作伙伴和客户可能会对这部分有些陌生。据此，三星Foundry可提供综合的 EG-less设计指南。” Shin的演讲内容十分丰富，包括相关合作伙伴和客户的多种奇妙、灵活的创新。他最后强调 Samsung Foundry高度看重公司的合作伙伴，并指出公司的IP产权数量从其业务开始以来已经增长了三倍。 Shin向参加2022年三星SAFE论坛的观众指出：“同样重要的是，客户数也增加了三倍。 希望在座的各位以后也可以成为我们三星的合作伙伴、合作企业、或者客户。”