最近，谷歌的系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施副總裁阿米特?瓦達(dá)特 (Amit Vahdat) 在一篇博客文章中表示，谷歌將會(huì)用“位于同一芯片上或一個(gè)封裝內(nèi)的多個(gè)芯片上的 SoC”，去逐漸替代“組件集成在一塊用幾英寸長(zhǎng)的電線隔開的主板”，“SoC 就是新的主板”，這個(gè)方向?qū)⑹?ldquo;谷歌的下一步”。
Amit 這么一說，聽起來好像谷歌還在用著 20 年多前的計(jì)算機(jī)，主板上有各種各樣的分立功能芯片，谷歌急需提高系統(tǒng)集成度來降低主板上互聯(lián)電路的成本，提高性能。但實(shí)際情況真的是這樣嗎?
下圖是一塊幾年前的 Intel Xeon 服務(wù)器處理器的單 socket 主板，可以很清楚的看到，除了中間占了最大面積的處理器槽位以及網(wǎng)絡(luò)芯片外，整個(gè)主板上只剩下各種物理接口、電源管理、電阻電容等輔助器件。而中央的 Xeon 內(nèi)部集成了多核處理器、顯示控制器(GPU)、PCIE 控制器、DDR Memory 控制器，處理器核也集成了對(duì)多媒體、壓縮、加密的專用指令模塊，幾乎所有的純數(shù)字電路邏輯，都已經(jīng)集成到 Intel 處理器內(nèi)部。
這難道不是一個(gè) SoC -- System on Chip 嗎?無論什么樣的 SoC，主板和物理信號(hào)接口總還會(huì)是存在的，服務(wù)器級(jí)別的大容量?jī)?nèi)存目前也很難完全集成到芯片或封裝內(nèi)部，所以我們看到的已經(jīng)是一個(gè)高度集成、基于 SoC 處理器的服務(wù)器系統(tǒng)。
很顯然，“SoC 就是新的主板”的說法并不準(zhǔn)確，而“用 SoC 代替主板上分立的功能組件”是一個(gè)早就發(fā)生了的事實(shí)，那么 Amit 提到的谷歌 SoC 創(chuàng)新到底指什么?
讓我們?cè)倏纯?Amit 的博客文章，他提到了 2015 年開始的谷歌自研 TPU 芯片項(xiàng)目( Tensor Processing Unit ，面向 AI 加速，目前已經(jīng)發(fā)展到第三代)，2018 年谷歌的 VCU 項(xiàng)目(Video Coding Unit，面向視頻流加速處理)，以及 2019 年的 OpenTitan 項(xiàng)目(開源安全芯片，基于 Titan 芯片)，從這些項(xiàng)目中誕生的，恰恰是 Amit 所提到的“主板上分立的功能組件”，也就是獨(dú)立的功能芯片。
谷歌已經(jīng)從 TPU 等芯片的大規(guī)模應(yīng)用中嘗到了甜頭，結(jié)合谷歌的軟件和 AI 算法之后，目前谷歌翻譯、谷歌 Colab、谷歌圖像、部署在谷歌云上的各類客戶應(yīng)用等都在大規(guī)模使用 TPU 芯片。
當(dāng)這樣的功能組件芯片取得大規(guī)模應(yīng)用的成功之后，谷歌下一步要干什么?當(dāng)然是像過去 20 年業(yè)界一再發(fā)生的一樣，將這些新功能組件集成到處理器 SoC 內(nèi)部，進(jìn)一步降低成本和功耗并提高集成度。在通用處理器市場(chǎng)還牢牢掌握在 Intel 等廠商手中的情況下，谷歌必須考慮設(shè)計(jì)自己的 SoC 處理器來完成它的目標(biāo)。
這就很清楚了：Amit 所指的 SoC 創(chuàng)新，并不是指簡(jiǎn)單地用 SoC 電路去替代主板上多個(gè)分立功能單元，而是從谷歌的應(yīng)用需求出發(fā)，超越現(xiàn)有的通用服務(wù)器 SoC 去定制符合特定應(yīng)用需求的多樣化 SoC 處理器，我們可以稱之為“定制 SoC 處理器”。類似的，Nvidia 公司在 2019 年收購的 Mellanox，其長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)同樣是將 Mellanox 公司所創(chuàng)新的 SmartNIC 功能模塊集成進(jìn)自己的新一代 SoC 處理器。同樣，亞馬遜、微軟、華為、阿里巴巴等云廠商也都已經(jīng)或布局了自己的 SoC 芯片產(chǎn)品和研發(fā)團(tuán)隊(duì)。
為什么這些系統(tǒng)產(chǎn)品巨頭們都把眼光投向了小小的芯片?因?yàn)槲磥淼漠a(chǎn)品創(chuàng)新和競(jìng)爭(zhēng)都會(huì)緊密圍繞定制 SoC 芯片展開，在一顆芯片或封裝內(nèi)的完整系統(tǒng)才有最優(yōu)化的性能和功耗，再加上跟軟件系統(tǒng)的緊密配合，會(huì)給系統(tǒng)產(chǎn)品廠商帶來最大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，這里最典型的例子就是芯片、硬件系統(tǒng)、操作系統(tǒng)直到應(yīng)用系統(tǒng)全面開花的蘋果公司。跟我們過去已經(jīng)習(xí)慣看到嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域有大量的定制 SoC 一樣，桌面電腦、云計(jì)算和服務(wù)器領(lǐng)域同樣會(huì)誕生更多的定制化處理器。
定制 SoC 處理器代表了整個(gè)芯片行業(yè)的未來：從應(yīng)用系統(tǒng)需求誕生出創(chuàng)新的功能芯片，然后功能芯片被定制 SoC 處理器吸收進(jìn)去，甚至新的創(chuàng)新功能被直接集成進(jìn) SoC 處理器，這個(gè)過程將會(huì)一再重復(fù)而且周期越來越快。同時(shí)，近年來逐漸放慢的通用處理器性能進(jìn)步，也讓業(yè)界對(duì)定制 SoC 處理器的性能優(yōu)勢(shì)要求逐漸放低，類似更貴的石油會(huì)推動(dòng)新能源的發(fā)展是同樣的道理。但是，定制 SoC 會(huì)要求芯片設(shè)計(jì)周期和設(shè)計(jì)成本要求不斷優(yōu)化，因?yàn)榻K端產(chǎn)品公司的創(chuàng)新是基于軟硬件協(xié)同的系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化，這種創(chuàng)新帶來的成本降低比深度優(yōu)化芯片設(shè)計(jì)潛能更大，所以芯片快速、低成本地實(shí)現(xiàn)并部署到產(chǎn)品內(nèi)更加重要。
上面提到的這些需求，對(duì)芯片設(shè)計(jì)和制造產(chǎn)業(yè)鏈提出了更高的要求，對(duì)芯片產(chǎn)業(yè)鏈上游的 EDA 廠商也提出了更高的要求。如何大幅改進(jìn)目前的 EDA 流程，減少對(duì)人工投入的依賴，加速芯片設(shè)計(jì)流程，降低芯片設(shè)計(jì)成本，這正是中國(guó) EDA 公司的機(jī)會(huì)。
