设计更简单，运行更稳健，UCIe标准如何“拿捏”Multi-Die系统？

如今，从数据中心到边缘层，再到万物智能网络的深处，先进的Multi-Die系统实现了前所未有的性能水平。Multi-Die系统不是通用的单体架构芯片，而是由一系列异构芯片（也称“小芯片”）组成，其中小芯片针对每个功能组件进行了优化。虽然Multi-Die系统具有更高的灵活性并在系统功耗和性能方面表现优异，但也带来了极高的设计复杂性。

通用芯粒互连技术（UCIe）标准于2022年3月发布，旨在推动Multi-Die系统中Die-to-Die连接的标准化。UCIe可以简化不同供应商和不同工艺技术芯片之间的互操作性。即便符合UCIe标准的Multi-Die系统在开发、测试和制造过程中表现良好，但在实际运行时，又如何确保系统的Die-to-Die连接继续保持稳健安全并经过测试验证呢？本文将探讨如何通过IP、测试、硬件加速等方式满足相关要求，从而确保Multi-Die系统的可靠性。

采用UCIe标准的优势

试想一下这种情形：Multi-Die系统包含两块芯片，分别来自两家不同的供应商，并采用了不同的工艺技术，比如7nm和3nm；而且，还需要这两块芯片能够无缝地相互通信并支持行业标准协议，比如PCI Express®（PCIe®）和CXL等。要知道，在设计中每添加一块芯片，系统的延迟就会增加，性能也会随之降低。

要让所有芯片协同工作，并克服延迟难题，需要遵循正确的标准。为Multi-Die系统采用UCIe标准具有以下几个优势：

• 确保互操作性并降低延迟。选择符合UCIe标准的接口IP可以实现芯片之间的无缝连接和互操作性，而又不会影响整个系统。将系统设计为符合UCIe标准，可以在保持相同延迟的情况下降低功耗并提高性能。
• 借助冗余通道实现故障修复。UCIe规范在PHY的两侧之间提供了冗余通道，可以通过额外的通道实现故障修复。无论是否连接到外部环境，所有芯片都必须通过UCIe通道进行访问、测试和修复，同时UCIe通道还可以用于监测正在发生的芯片问题。

为确保Multi-Die系统能够长期正常工作，除了采用UCIe标准外，还需要从一开始就保证高质量。鉴于Multi-Die系统的复杂性，不仅要在SoC的开发和制造过程中实现更高的质量，还要在现场运行很长时间后继续保持高质量。为此，需要使用高质量的构建模块（即芯片和IP）、硬件加速和验证工具，并开展持续的测试和现场监测（包括修复），从而主动解决各种潜在问题。

如何确保基于UCIe的Multi-Die系统稳健运行

除了控制器和PHY IP外，以下是确保基于UCIe的Multi-Die系统稳健运行的另外三项要求：

1. 使用协议验证IP和硬件辅助验证平台，从一开始就保证质量

在软件仿真器上运行协议验证IP解决方案，有助于从一开始就确保高质量的UCIe组件和接口层，包括现场设备集成（FDI）上的协议层、原始Die-to-Die接口（RDI）上的PHY接口、中间适配层，或Die-to-Die适配器的实现。

随着设计范围扩大至全栈，涉及到多模块芯片组配置和复杂的Multi-Die系统时，只靠纯软件仿真已经难以满足要求，需要运用更多工具来验证整个系统或各个芯片。在对大型Multi-Die系统进行实际验证时，硬件辅助验证（HAV）平台尤为关键，比如新思科技ZeBu®硬件加速系统和新思科技HAPS®原型系统。为涵盖所有验证用例（从早期的RTL开发，到互操作性和硬件合规性验证），多MHz周期性能、优化的UCIe协议解决方案（事务处理器、速度适配器、硬件接口卡）和系统级调试抽象必不可少。

2. 通过测试确保互连性能符合预期

测试是所有芯片设计过程中的重要一环。在Multi-Die系统中，芯片之间的互连通常基于UCIe等接口。为确保按预期运行，这些互连中不得存在任何固定型故障、开路或短路。信号完整性非常重要，因此必须测量该参数以评估是否存在性能降级情况。UCIe标准要求具有额外的互连以实现冗余。键合后测试可以解决一些可能触发切换互连通道的互连层面问题。在理解故障模型的基础上开发的算法测试也可以用于评估互连缺陷。

3. 采用芯片生命周期管理策略

UCIe接口是Multi-Die系统中芯片之间进行功能通信的主要接口。由于UCIe接口以非常高的速度运行并且是通信的关键路径，因此必须在整个生命周期内对其进行监测和管理。通过监测UCIe的运行状况，可以为汽车、医疗等领域的安全关键型应用提供巨大帮助。例如，在自动驾驶汽车应用中，通过对UCIe的运行状况进行监测，可以让车主及时进行预防性维修，或者提醒车主到店维修，以防在高速道路上发生故障。

新思科技芯片生命周期管理（SLM）系列可在运行期间主动监测UCIe接口，发现通道信号质量下降，即在通道发生故障之前予以修复。此外，它还提供内置自测（BIST），可检测软错误或硬错误以采取纠正措施。

结语

芯片设计正在发生转变。为Multi-Die系统采用UCIe标准只是实现无缝连接和互操作性的第一步。要想驾驭先进Multi-Die系统设计中的复杂性，遵守UCIe标准中的要求是关键。如果想要进一步探索UCIe，或了解新思科技如何助力简化Multi-Die系统设计流程，欢迎查阅新思科技官网，或点击“阅读原文”，了解Multi-Die系统解决方案。