Arm的Advanced Microcontroller Bus Architecture（AMBA）在與生態系統合作解決復雜的行業性問題方面有著悠久的歷史。現在，隨著行業接納芯粒（chiplets）技術，是時候將AMBA從片上擴展到多芯片了。

在這篇博客中，我們將概述AMBA Coherent Hub Interface（CHI）芯片互聯（chip to chip, C2C）的方法——這是對片上CHI的擴展，旨在使CHI適用于芯片間互聯。

我們還將說明AMBA CHI C2C如何努力與UCIe等芯片片間標準化相輔相成，以進一步推動協作。

為什么選擇芯粒，為什么是現在？

正如我們在以前的博客文章中討論過的那樣，行業正處于一個拐點，芯粒正在在各個領域和應用中得到采用。

對芯粒的投資是由當前在SoC設計中所面臨的巨大經濟壓力推動的。SoC的復雜性和性能要求不斷增長，而每個新的先進制造工藝節點（5納米及以下）的成本也在增加。然而，這些新節點帶來的好處并沒有相應增加。例如，雖然邏輯的面積持續縮小，但I/O和存儲器的收益卻遞減。高昂的成本也阻礙了新SoC或衍生產品的數量。

這種情況為芯粒提供了絕佳的機會。芯粒使得在當前被芯片尺寸限制的性能上進行擴展成為可能，同時管理芯片成本并提供更大的可組合性。

標準化至關重要

AMBA一直是片上通信的開放標準。AMBA為各種設計提供了一個共同的標準，確保了SoC中不同組件之間的兼容性。它為設計集成提供了靈活性、可擴展性、設計復用性。

AMBA規范（如CHI和AXI）是免費提供的，并與行業各方合作共同開發。AMBA被廣泛應用于Arm生態系統及其他領域。它具有長期可靠性和信任度，在過去27年中已經在數十億臺設備中使用，涵蓋了各個市場和應用領域。

AMBA所帶來的標準化是支撐SoC設計和無廠（fabless）半導體模式的基礎。這種標準化構建了一個繁榮的生態系統和一個兼容IP和工具的綜合市場。其中包括處理器、加速器、互連、控制器、外設，以及來自芯片合作伙伴、IP供應商和其他合作伙伴的驗證IP（VIP）、建模工具和性能工具。

標準化對于芯粒同樣至關重要。隨著行業從當前的定制芯片互聯轉向多供應商可組合芯片互聯，標準化將變得更加重要。

具有標準化明確定義和可互操作的層也至關重要。

明確定義和可互操作的層可以實現設計復用，降低成本和上市時間。不同的實現可以優先考慮和關注不同的用例和需求，提供更大的靈活性并促進創新。

芯粒需要物理、傳輸和協議層的標準化。更不用說軟件模型、機械、熱管理和功耗的標準了。還需要進行芯片驗證、可靠性測試、合規性測試和許多其他方面的工作。

為什么選擇AMBA CHI？

AMBA CHI架構提供了處理器、加速器和存儲器等大型網絡所需的性能和擴展性。

更重要的是，CHI是高速、可靠且分組化的，這使其也非常適用于芯粒。同時，CHI是廣泛使用的開放標準，為芯粒提供了低風險和簡單的利用方式。

CHI協議提供了一個完整的緩存一致性模型，與架構無關，支持用于使用snoop filter和directory-based 的系統。它公布于2013年，并不斷發展，增加了新功能和性能提升。其廣泛的功能列表包括：

• 原子和互斥事務 （Atomic and exclusive transactions）
• 用于降低延遲的優化流程，如DMT、DCT和DWT
• 基于奇偶校驗的接口保護
• 低功耗，具有不同級別的控制
• 寫入零、數據省略和本地復制 （Write zero, data elision and copy-at-home），以減少數據傳輸
• Distributed Virtual Memory（DVM）管理
• 用于機密計算的領域管理擴展（Realm Management Extensio，RME）

CHI作為基礎設施應用程序在超大規模計算、服務器和網絡領域取得了極大的成功。CHI現在已經廣泛應用并在其他多個市場領域中得到驗證，例如移動和汽車領域，這些領域也需要完全硬件一致性和高性能。

引入AMBA CHI C2C

我們很高興介紹AMBA CHI C2C，這是CHI的擴展，用于芯片片間互聯（chiplet-to-chiplet）。

通過C2C，即芯片片間互聯（chiplet-to-chiplet），我們指的是芯粒（multi-die或die-to-die）和芯片間連接（multi-chip通過PCB連接）。

CHI C2C針對先進的異構系統，和基于Arm的一致性SMP。它提供了一個統一的設備連接接口，包括計算、加速器和存儲器。不僅用于全一致性傳輸，也用于I/O和非一致性傳輸。

CHI C2C專注于協議（protocol ）和信息打包（packetization ）層。CHI C2C利用現有的片上CHI協議，并定義了如何對其進行信息打包，使其適合通過芯片片間互連進行傳輸。包格式針對鏈路利用率和延遲進行了優化，同時避免了復雜的打包和解包方案。

相同的架構特性可以跨越芯片間的邊界，芯片之間可以共享相同的存儲器和安全模型。這可以避免協議轉換、不兼容性和額外的延遲。

這種分層的方法可以與底層傳輸進行清晰的分離，因此CHI可以在UCIe或其他方式上使用，無論它是否標準化。

使用CHI和UCIe streaming

UCIe已經匯集了行業領導者，提供了標準化的芯片片間接口，并取得了很大的動力。它提供了適用于芯片片間集成的物理層（PHY）和適配器（adapter），以及軟件模型和合規性測試。

UCIe還提供了優秀的協議靈活性。它采用了多協議棧方法，允許在單個物理鏈路上使用多個協議。PCIe和CXL可用于傳統的片外設備，而Streaming接口可用于插入其他協議，使其非常適合傳輸AMBA CHI。

下面我們以使用UCIe Streaming的基于CHI的多芯片系統為例進行說明。它具有重要的優勢：

• 無縫使用架構特定功能--通過與片上系統一樣的CHI協議的傳輸，可以無縫使用架構特定功能，無需協議轉換。
• 鏈路穩定性--UCIe Streaming 接口提供了鏈路穩定性，例如使用UCIe定義的數據鏈路CRC和重傳機制。

總結

CHI C2C規范正在開發中，和其他所有AMBA規范一樣，將按照現有的AMBA許可和治理模型進行發布。也就是說，它將免費提供，免版稅，與架構無關，并具有廣泛和永久的實現權利[1]，換句話說，非常適合廣泛采用。

通過利用現有的AMBA許可和治理模型，CHI C2C將能夠與CHI協議本身保持同步發展，并與現有AMBA生態系統的要求保持一致。當然，我們確保它仍然針對UCIe和其他傳輸進行優化。

該模型遵循分層的標準化方法和其他協議的現有治理模型，例如CXL和PCIe，也可以與UCIe一起使用。

基于此，我們預計CHI C2C將在各個領域和應用中得到應用。從高性能基礎設施應用到汽車領域等，隨著時間的推移，還包括現有的大量基于AXI的設計，這對于在C2C中進行啟用至關重要。