ODSA: Es geht voran Modulares Chipdesign vom Open Compute Project

Autor / Redakteur: lic.rer.publ. Ariane Rüdiger / Ulrike Ostler

Seit Herbst 2019 werkelt eine OCP-Arbeitsgruppe an einem modularen Chipdesign. Es könnte dabei helfen, den oligopolistisch strukturierten Chipmarkt für Neulinge und innovative Konzepte zu öffnen.

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Ein modulares Chipdesign aus mehreren Dies ermöglicht flexible Architekturen.
Ein modulares Chipdesign aus mehreren Dies ermöglicht flexible Architekturen.
(Bild: OCP)

Herkömmliche Methoden des Chipdesigns stoßen insbesondere bei rechenintensiven Anwendungen wie Künstliche Intelligenz (KI) und Machine Learning (ML) an ihre Grenzen. Daher experimentiert man in Einzelfällen schon länger mit modularen Ansätzen, eine breitere Initiative oder Standardisierung aber fehlt.

Beispiele für Hersteller, die Chiplet-basierte proprietäre Designs entwickelt haben, sind AMD und Huawei. Durch weitere Komponenten erweitern lassen sich diese Systeme aber wegen der proprietären Technologie nicht.

KI kann von Chiplet-Technologie profitieren

Zu einer wichtigen Anwendung für Chiplet-basierte Designs könnten sich neuronale Netze entwickeln: Um sie anzulernen oder für die Klassifizierung mit diesen Algorithmen werden schon länger Spezialchips verwendet, die man an herkömmliche Rechnerarchitekturen anflanscht.

Chiplet-basierte Chips könnten Lernsystem, Standard-Prozessor und Arbeitsspeicher oder andere Elemente auf einem Chip integrieren. Solche Designs ließen sich beispielsweise bei rechenintensiven Edge-Anwendungen einsetzen.

Ziele der ODSA

Die ODSA (Open Design-Specific Architecture) ist eine seit Herbst 2019 bestehende Unter-Arbeitsgruppe des OCP-Serverprojekts. Sie versucht sich nun an der Definition und Umsetzung eines modularen, offenen Ansatzes.

Dazu gehören standardisierte Schnittstellendefinitionen, stabile Verbindungen und andere Elemente. Inzwischen beteiligen sich mehr als 100 Unternehmen an diesen Bestrebungen.

Organische Substrate möglich

Das ODSA-Konzept basiert darauf, dass auf einem Substrat aus Silizium oder anderen, etwa organischen Materialien, mehrere so genannte Chiplets montiert werden. Ein Chiplet ist eine fertig produzierte funktionale digitale Einheit, ein Die.

Untereinander kommunizieren die Chiplets über offene, standardisierte Softwareschnittstellen und spezielle Interconnects. Sie zu definieren, ist eine Aufgabe der ODSA. Alles zusammen bildet das angestrebte Gesamtdesign.

Potentieller Ersatz für die Leiterplatte

Manche Wissenschaftler glauben sogar, solche Designs könnten die Leiterplatte als Träger für Chips ersetzen. Auch dreidimensionale hochintegrierte Designs aus mehreren gestapelten Trägersubstraten (Interposern) samt Chiplets sind denkbar. Das ist aber derzeit noch nicht Thema der ODSA.

Mit dem Advanced Interface Bus (AIB) hat Intel bereits ein offenes Interconnect-Design auf der physischen Ebene in die Open-Community eingebracht und baut Partnerschaften für mehr Chiplets auf. Beispielsweise sollen auch optische Technologien über AIB in Chiplet-basierte Architekturen mit Intel-Komponenten eingebunden werden.

Interconnect für organische Substrate

Der Fokus der ODSA-Arbeit liegt derzeit bei der Entwicklung einheitlicher Stacks für Chiplet-basierte Architekturen, darunter auch eines kompletten Netzwerk-Stacks einschließlich Datentransportprotokolle.

Der Aufbau des geplanten Inter-Chiplet-Interconnects für ODSA-Architekturen
Der Aufbau des geplanten Inter-Chiplet-Interconnects für ODSA-Architekturen
(Bild: Netronome/ODSA)

Als ein Ergebnis ihrer Arbeit hat die ODSA als neue PHY-Schicht für die Verbindung von Chiplets auf organischem Substrat BoW (Bunch of Wires) in Version 0.7 vorgestellt. BoW hat nur einige Millimeter Reichweite, schafft bis zu 16 GT/s (Giga-Transaktionen pro Sekunde) und hat eine aggregierte Bandbreite von 1280 Gbit/s. Inzwischen liegt die Definition in Version 0.7 vor.

Offener Markt für Chiplets?

Weiter gibt es inzwischen ein PoC-Design-Tool, mit dessen Hilfe ein System aus drei Chiplets von Achronix, NXP und Netronome aufgebaut wird. Beliebige Hersteller sollen ihre ODSA-konformen Chiplets mit Hilfe dieses Tools in Chiplet-basierende Produkte integrieren.

Eine Sub-Arbeitsgruppe der ODSA (CDX) beschäftigt sich mit dem Konzept eines offenen Marktes für Chiplets. Dann könnten Integratoren Mini-Chips dort einkaufen und zu neuen, spezifischen Chipdesigns zusammenbauen. Das ist allerdings noch Zukunftsmusik und würde weitergehende Überlegungen zu gemeinsamen Grundbefehlssätzen, Packaging, Teststrategien, Verantwortlichkeiten, Preisen und anderen Fragen verlangen.

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