英特尔展示全球首款基于UCIe连接的Chiplet CPU

英特尔 CEO 帕特·基辛格（Pat Gelsinger）在 Innovation 2023 大会上展示了全球首款基于 UCIe 连接的 Chiplet（小芯片）处理器，该芯片采用 Intel 3 工艺节点上制造的 Intel UCIe IP 芯片，与在台积电 N3E 节点上制造的 Synopsys UCIe IP 芯片配对。两个 Chiplet 通过英特尔的 EMIB 接口进行通信。

通用 Chiplet Interconnect Express（UCIe）接口得到了众多行业巨头的支持，例如英特尔、AMD、Arm、英伟达、台积电和三星以及其他 120 家公司。该互连设计旨在通过开源设计标准化 Chiplet 之间的芯片间互连，从而降低成本并培育更广泛的经过验证的 Chiplet 生态系统。

当今的多 Chiplet 封装使用专有接口和协议相互通信，这使得广泛采用第三方 Chiplet 成为一项艰巨的任务。UCIe 的目标是创建一个具有标准化接口的生态系统，以便有一天芯片制造商能够简单地从其他设计人员那里选择 Chiplet，并以最少的设计和验证工作将它们融入到新设计中。

UCIe 联盟于 2022 年成立，已经获得了芯片制造行业的广泛支持。联盟已经相继推出了 UCIe 1.0、1.1 规范。该联盟制定了非常激进的性能和面积目标，将目标市场分为两个广泛的范围，采用标准 2D 封装技术和更先进的 2.5D 技术（EMIB、CoWoS 等）。先进的封装选项可提供更高的带宽和密度。

英特尔基于 Chiplet 的处理器，如 Sapphire Rapids 和新发布的 Meteor Lake，目前使用专有接口和协议进行 Chiplet 之间的通信，但英特尔已宣布将在其下一代 Arrow Lake 消费级处理器之后使用 UCIe 接口。AMD 和英伟达也在致力于自己的计划，但还没有展示可用的硅芯片。

作为一家长期领先的半导体企业，以 CPU 而闻名天下的厂商，英特尔在处理器方面的进展尤其值得关注。在本次大会上，英特尔也的确带来了全面的展示，英特尔的 PC 芯片从此也开始全面进入 AI 时代。

基辛格表示：「人工智能将从根本上改变、重塑和重构 PC 体验，通过云和 PC 协同工作的力量释放个人生产力和创造力。为此，英特尔正在开创人工智能电脑的新时代。」代号为 Meteor Lake 的 Intel Core Ultra 处理器，正是英特尔实现上述目标的一个重要倚仗。

在英特尔看来，Core Ultra 代表了英特尔客户端处理器路线图的一个转折点，因为它是第一个由 Foveros 封装技术（英特尔的 3D 封装技术）支持的客户端 Chiplet 设计，还采用了 EUV 光刻技术。从设计上看，芯片内部包含了 computing tile、graphics tile 和 SoC tile 和 I/O tile 四个部分。其中，computing tile 是基于 Intel 4 工艺打造，graphics tile 是基于台积电的 5nm 打造，SoC tile 则采用台积电的 6nm 打造，这正是 Chiplet 精神的体现。值得一提的是，这个芯片的 Soc tile 上还集成了英特尔首个 NPU。

具体到芯片设计细节上。据透露，该芯片的 couputing tile 中有一对新的核心，一个名为 Redwood Cove 的 P 核心和一个名为 Crestmont 的新 E 核心。其中，新的 P 核心是英特尔第 12 代核心 (Raptor Lake) 处理器中之前的 Golden Cove 核心的直接继承者，通过新的 Redwood Cove 核心，英特尔在芯处理器上带来了不小的 IPC 提升。

至于 E 核心，据报道，通过矢量神经网络指令 (VNNI)，该核心保持基于 CPU 的 AI 加速。而与 P-Core 一样，E-Core 也受益于增强的 Thread Director 反馈，它提供了更好的粒度控制和优化。

来到 SoC tiles 上，据介绍，通过在硅片上实施片上网络 (NOC)，英特尔摆脱了网状路由的旧有限制。这不仅仅是为了让数据通道更快，而是旨在实现对内存的更智能、更节能的访问。在利用 EMIB 和 2D 缩放后，数据路径会短得多，从而减少功耗，但较短的电线也有助于减少总体延迟损失。

如前面所说，在这个 SoC tile 上，还有一个全功能神经处理单元 (NPU)，这是英特尔面向客户端处理器的首个 NPU，得益于这个模块，英特尔能够直接将 AI 功能引入到客户端芯片上，且因为其与 OpenVINO 等标准化程序接口兼容，这就使得在开发的时候能够给相关人员带来便利。据介绍，这个 NPU 由两个神经计算引擎组成，它们可以协作完成单个任务，也可以独立运行。而这些神经计算引擎的则主要包括了两个组件：推理 pipeline 和 SHAVE DSP。