如今，從數據中心到邊緣層，再到萬物智能網絡的深處，先進的Multi-Die系統實現了前所未有的性能水平。Multi-Die系統不是通用的單體架構芯片，而是由一系列異構芯片（也稱“小芯片”）組成，其中小芯片針對每個功能組件進行了優化。雖然Multi-Die系統具有更高的靈活性并在系統功耗和性能方面表現優異，但也帶來了極高的設計復雜性。

通用芯粒互連技術（UCIe）標準于2022年3月發布，旨在推動Multi-Die系統中Die-to-Die連接的標準化。UCIe可以簡化不同供應商和不同工藝技術芯片之間的互操作性。即便符合UCIe標準的Multi-Die系統在開發、測試和制造過程中表現良好，但在實際運行時，又如何確保系統的Die-to-Die連接繼續保持穩健安全并經過測試驗證呢？本文將探討如何通過IP、測試、硬件加速等方式滿足相關要求，從而確保Multi-Die系統的可靠性。

采用UCIe標準的優勢

試想一下這種情形：Multi-Die系統包含兩塊芯片，分別來自兩家不同的供應商，并采用了不同的工藝技術，比如7nm和3nm；而且，還需要這兩塊芯片能夠無縫地相互通信并支持行業標準協議，比如PCI Express（PCIe）和CXL等。要知道，在設計中每添加一塊芯片，系統的延遲就會增加，性能也會隨之降低。

要讓所有芯片協同工作，并克服延遲難題，需要遵循正確的標準。為Multi-Die系統采用UCIe標準具有以下幾個優勢：

• 確保互操作性并降低延遲。選擇符合UCIe標準的接口IP可以實現芯片之間的無縫連接和互操作性，而又不會影響整個系統。將系統設計為符合UCIe標準，可以在保持相同延遲的情況下降低功耗并提高性能。
  

• 借助冗余通道實現故障修復。UCIe規范在PHY的兩側之間提供了冗余通道，可以通過額外的通道實現故障修復。無論是否連接到外部環境，所有芯片都必須通過UCIe通道進行訪問、測試和修復，同時UCIe通道還可以用于監測正在發生的芯片問題。

為確保Multi-Die系統能夠長期正常工作，除了采用UCIe標準外，還需要從一開始就保證高質量。鑒于Multi-Die系統的復雜性，不僅要在SoC的開發和制造過程中實現更高的質量，還要在現場運行很長時間后繼續保持高質量。為此，需要使用高質量的構建模塊（即芯片和IP）、硬件加速和驗證工具，并開展持續的測試和現場監測（包括修復），從而主動解決各種潛在問題。

如何確保基于UCIe的Multi-Die系統穩健運行

除了控制器和PHY IP外，以下是確保基于UCIe的Multi-Die系統穩健運行的另外三項要求：

1. 使用協議驗證IP和硬件輔助驗證平臺，從一開始就保證質量

在軟件仿真器上運行協議驗證IP解決方案，有助于從一開始就確保高質量的UCIe組件和接口層，包括現場設備集成（FDI）上的協議層、原始Die-to-Die接口（RDI）上的PHY接口、中間適配層，或Die-to-Die適配器的實現。

隨著設計范圍擴大至全棧，涉及到多模塊芯片組配置和復雜的Multi-Die系統時，只靠純軟件仿真已經難以滿足要求，需要運用更多工具來驗證整個系統或各個芯片。在對大型Multi-Die系統進行實際驗證時，硬件輔助驗證（HAV）平臺尤為關鍵，比如新思科技ZeBu硬件加速系統和新思科技HAPS原型系統。為涵蓋所有驗證用例（從早期的RTL開發，到互操作性和硬件合規性驗證），多MHz周期性能、優化的UCIe協議解決方案（事務處理器、速度適配器、硬件接口卡）和系統級調試抽象必不可少。

2. 通過測試確保互連性能符合預期

測試是所有芯片設計過程中的重要一環。在Multi-Die系統中，芯片之間的互連通常基于UCIe等接口。為確保按預期運行，這些互連中不得存在任何固定型故障、開路或短路。信號完整性非常重要，因此必須測量該參數以評估是否存在性能降級情況。UCIe標準要求具有額外的互連以實現冗余。鍵合后測試可以解決一些可能觸發切換互連通道的互連層面問題。在理解故障模型的基礎上開發的算法測試也可以用于評估互連缺陷。

3. 采用芯片生命周期管理策略

UCIe接口是Multi-Die系統中芯片之間進行功能通信的主要接口。由于UCIe接口以非常高的速度運行并且是通信的關鍵路徑，因此必須在整個生命周期內對其進行監測和管理。通過監測UCIe的運行狀況，可以為汽車、醫療等領域的安全關鍵型應用提供巨大幫助。例如，在自動駕駛汽車應用中，通過對UCIe的運行狀況進行監測，可以讓車主及時進行預防性維修，或者提醒車主到店維修，以防在高速道路上發生故障。

新思科技芯片生命周期管理（SLM）系列可在運行期間主動監測UCIe接口，發現通道信號質量下降，即在通道發生故障之前予以修復。此外，它還提供內置自測（BIST），可檢測軟錯誤或硬錯誤以采取糾正措施。

結語

芯片設計正在發生轉變。為Multi-Die系統采用UCIe標準只是實現無縫連接和互操作性的第一步。要想駕馭先進Multi-Die系統設計中的復雜性，遵守UCIe標準中的要求是關鍵。如果想要進一步探索UCIe，或了解新思科技如何助力簡化Multi-Die系統設計流程，歡迎查閱新思科技官網，或點擊“閱讀原文”，了解Multi-Die系統解決方案。