JSSC 2024第4期Other14nm/22nm

Arvon A Heterogeneous System-in-Package Integrating FPGA and DSP Chiplets for Ve

Arvon系统集成FPGA与DSP芯片，实现高性能异构计算。

14-nm FPGA, 22-nm DSP, 4.14 TFLOPS, 1.8 TFLOPS/W, 4 Gb/s/pin

异构集成FPGADSPAI接口高性能计算

▸创新点1：异构芯片集成（系统创新） - 采用14nm FPGA芯片与22nm DSP芯片的异构集成，通过EMIB技术实现高密度互连，支持1.536Tb/s AIB 1.0和7.68Tb/s AIB 2.0接口，显著提升系统灵活性和扩展性。

▸创新点2：高效AI接口（电路创新） - 实现36µm间距微凸点的AIB 2.0接口，数据传输速率达4Gb/s/引脚，能效为0.10–0.46pJ/b，带宽密度达1.024Tb/s/mm（ shoreline）和1.705Tb/s/mm²（面积）。

▸创新点3：优化编译流程（方法创新） - 开发专用编译流程，实现工作负载在FPGA和DSP间的动态映射，优化资源利用率和性能，支持从神经网络到通信信号处理的多样化应用。

▸创新点4：高能效DSP设计（电路创新） - 每个DSP芯片在半精度浮点运算中峰值性能达4.14TFLOPS，能效为1.8TFLOPS/W，通过架构优化实现高性能与低功耗的平衡。

Abstract

Integrating heterogeneous chiplets in a package presents a promising and cost-effective approach to constructing scalable and flexible systems for accelerating a wide range of workloads. We introduce Arvon that integrates a 14-nm FPGA chiplet with two efficient and densely packed 22-nm DSP chiplets using embedded multidie interconnect bridges (EMIBs). The chiplets are interconnected via a 1.536-Tb/s advanced interface bus (AIB) 1.0 interface and a 7.68-Tb/s AIB 2.0 interface. Arvon is programmab