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简介
随着芯片设计日趋复杂，片上网络（NoC）已成为实现异构计算组件之间高效数据通信的重要组成部分。然而，向 3D 芯片设计的过渡和基于芯片的架构的兴起为 NoC 技术带来了新的挑战和机遇。本文将引导您了解三维空间中 NoC 的演变情况，介绍关键注意事项和新兴方法。
NoC 日益重要
NoC 是现代复杂芯片设计的主干，可促进各种处理单元、存储器和外设之间的数据传输。与传统的基于总线的互连相比，NoC 具有多种优势，包括更高的可扩展性、更低的通信延迟以及对异构集成的更好支持。
随着芯片复杂性的不断提高，设计中集成了越来越多的处理内核、内存和专用加速器，NoC 的作用变得越来越重要。NoC 为设计人员提供了在芯片上路由数据的结构化高效方法，从而使他们能够管理复杂性。
图 1：分而治之，显示使用相干和非相干 NoC IP 连接的不同区块。来源：Arteris
向 3D 芯片设计过渡
三维芯片设计是多个芯片垂直堆叠在一起的设计，为 NoC 架构带来了新的挑战和机遇。在三维设计中，芯片的垂直集成可显著缩短通信距离和延迟，但同时也需要重新考虑 NoC 拓扑和协议，以充分利用三维结构的优势。
三维芯片设计中 NoC 的主要考虑因素包括：
1.分层设计：三维设计通常需要采用分层 NoC 方法，为芯片内和芯片间通信分别设计不同的 NoC。这样可以更好地管理复杂性和安全性。
2.垂直通信： NoC 必须无缝处理垂直芯片间的通信，确保低延迟和高带宽数据传输。
3.功耗和散热挑战： 3D 设计密度的增加会导致功耗和散热挑战的增加，NoC 设计必须解决这些问题。
4.标准化和互操作性： 为芯片间通信协议（如 UCIe）制定标准对于实现即插即用的芯片生态系统很重要。
图 2：芯片组Chiplet使用场景。来源：Blue Cheetah新兴方法和趋势
随着行业向 3D 芯片设计过渡，以及基于芯片组架构的重要性不断增加，出现了几种方法和趋势：
1.灵活的可编程 NoC： NoC 正变得越来越灵活和可编程，允许设计人员定制拓扑结构、路由算法和服务质量 (QoS) 策略，以满足其设计的特定要求。
2.光互连： 目前正在探索在 NoC 中使用光互连，以解决与电气互连相关的日益增长的带宽需求和功耗挑战。
3.异构 NoC 拓扑： 设计人员正在尝试采用混合 NoC 拓扑，将不同的通信模式（如分组交换和电路交换网络）结合起来，以优化特定用例。
4.安全性和可靠性： 随着 NoC 成为系统的关键部分，越来越重视集成安全功能和提高 NoC 架构的整体可靠性。
5.芯片生态系统和标准化： 基于芯片的设计的兴起推动了对标准化接口、协议和验证框架的需求，从而促进了芯片生态系统的蓬勃发展。
结论
三维芯片设计中 NoC 的发展是复杂且快速变化的领域。通过了解关键考虑因素、新兴趋势和最佳实践，可以驾驭这种不断变化的格局，开发出高效、可扩展和可靠的 NoC 架构，以支持现代芯片设计日益增长的复杂性。随着不断突破集成和性能的极限，NoC 在支持下一代计算系统方面的作用只会变得更加关键。
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