软件定义晶上系统(SDSOW)发展专题

《中国电子信息工程科技发展研究》编写说明 前言 第1章我国集成电路面临的形势与困局1 1.1未来信息基础设施特征1 1.1.1软件定义化1 1.1.2连接泛在化3 1.1.3资源云端化5 1.1.4服务智能化6 1.1.5内生安全性7 1.2未来信息基础设施对集成电路的需求9 1.2.1工程系统角度：超高密度与超强能力需求9 1.2.2芯片能力角度：“摩尔定律”持续有效需求11 1.2.3新型应用角度：服务质量很好化保证需求12 1.2.4服务模式角度：经济性指标重新定义需求14 1.3全球集成电路面临的发展困局15 1.3.1工艺节点维度：优选工艺节点逼近物理极限17 1.3.2裸芯面积维度：超大裸芯尺寸导致良率锐减19 1.3.3优选封装维度：高级封装的规模与散热瓶颈21 1.4我国集成电路面临的特有困局22 1.4.1我国集成电路的基本国情分析22 1.4.2我国集成电路面临的国际环境25 1.4.3底线思维下的集成电路出路思考28 第2章软件定义晶上系统的提出31 2.1集成电路正迎来发展范式迁移31 2.1.1哲学视角：以“新三论”探究智能涌现之路31 2.1.2系统视角：以系统工程学升级工程技术路线35 2.1.3微电子视角：以维度扩展重新定义摩尔定律39 2.2我国集成电路的发展范式内涵42 2.2.1集成电路在国家战略中的基石地位42 2.2.2探索二流工艺的一流系统发展之路44 2.2.3系统工程科学的“它山之石”启迪45 2.3软件定义晶上系统47 2.3.1思维视角的升级47 2.3.2方法论的迁移50 2.3.3工程实践的指导52 2.3.4微电子新发展范式：软件定义晶上系统53 第3章软件定义晶上系统的内涵与关键技术54 3.1软件定义晶上系统的内涵54 3.1.1软件定义系统：系统之系统56 3.1.2软件定义晶圆：软件定义硬件56 3.1.3晶上系统：异构异质拼装集成56 3.1.4软件定义晶上系统：结构与工艺联合迭代创新57 3.2软件定义晶上系统的关键技术57 3.2.1领域专用软硬件协同计算架构57 3.2.2软件定义晶上互连网络66 3.2.3领域专用混合粒度芯粒70 3.2.4晶圆基板制备与拼装集成72 3.2.5超高密度供电与散热75 3.2.6软硬件协同开发与编译工具79 3.3与片上系统技术对比84 3.3.1软硬件配合到软硬件协同84 3.3.2IP设计复用到芯粒集成复用85 3.3.32.5D/3D封装到晶圆级集成86 3.3.4单一工艺到多种工艺88 3.3.5硅基材料到异质材料89 第4章国内外相关进展91 4.1优选封装进展91 4.1.12.5D封装91 4.1.23D封装95 4.1.3晶圆级封装102 4.2新型计算架构进展104 4.2.1异构计算105 4.2.2近存计算108 4.2.3软件定义计算109 4.2.4图计算114 4.3优选互连进展114 4.3.1高速串行互连114 4.3.2晶上并行互连117 4.3.3硅光互连125 4.4供电与散热进展127 4.4.1大面积供电进展127 4.4.2高密度散热进展142 4.5领域专用高级语言与开发环境进展144 4.5.1OpenCL与CUDA144 4.5.2P4与Capilano145 4.5.3Chisel与JDK148 第5章软件定义晶上系统发展展望149 5.1集成电路的新发展范式149 5.1.1刷新信息基础设施技术物理形态149 5.1.2重新定义微电子技术经济性指标150 5.1.3构建微电子技术产业分工新模式151 5.1.4加速微电子技术融合应用创新152 5.2驱动本质智能时代到来153 5.2.1赋能面向领域的软硬件协同计算154 5.2.2赋能知识与算法驱动的智能时代155 第6章结束语157 参考文献159