
幾年前,晶片行業開始出現一股復古製造理念,這種理念最早是在20世紀80年代探索出來的,它就是「晶圓規模加工」(WSP)。和目前晶片行業慣用的將晶圓切割成單個晶片 然後將這些晶片打包轉售工藝不同,「晶圓規模加工」是利用晶圓的大部分區域構建一個核心或核心集合,用於單個晶片。
在英特爾,臺積電,三星等晶片製造廠,處理器內存或任何其它計算機晶片的電子電路是被印刷到一個薄薄的圓形矽片上,這個圓盤就被稱為晶圓。晶圓在這個印刷過程中扮演著紙張的角色。晶圓廠相當於耗資數十億美元的超級高級印刷機,使用光刻、化學沉積和蝕刻來進行印刷電子電路,在超級乾淨的房間裡,由必須穿兔子服的員工管理。

晶圓是一個圓形,一般直徑大約約為12英寸(30.48釐米)。晶片通常是一個邊長不超過一英寸(2.54)的正方形,比晶圓小得多。同一晶片的許多副本被印在晶圓上。它們被排列成一個網格,網格之間有稱為劃線的空間。事實上,晶片印刷使用光化學技術改變矽表面。然後沿著這些劃線將矽片切割成單個晶片。這些晶片經過測試,有缺陷的晶片被丟棄後,其餘的晶片可以被封裝和銷售。
晶圓規模加工是利用整個晶圓製造出單個晶片。因此可以跳過上面關於切割晶圓的步驟。傳統晶片在計算方面非常出色。一旦它們需要處理的數據被加載到晶片上,工作就能迅速完成,而且所需的功率相對較小。但單類晶片通常不能單獨工作,以處理器晶片為例,它沒有足夠的內部計算機內存來存放它需要工作的所有數據。而且隨著計算工作的規模越來越大,單個處理器的處理能力不足以在所需時間內完整地執行這些工作。因此計算機系統是由一組晶片組成的。多個處理器晶片才能提升處理能力。現在,晶圓規模加工就可以讓這些處理器晶片組之間能夠足夠快地相互通信。
一個晶圓的面積是傳統晶片的50多倍。更多的空間可以容納計算核心,更多的空間可以容納快速的本地內存,還有很多空間可以讓核心之間進行高效的片上通信,這就是晶圓級集成晶片的主要優勢。
美國AI/機器學習初創公司Cerebras去年推出了第一代WPS處理器。第一代Cerebras晶圓規模引擎(CWSE)是一個16納米的晶圓,擁有40萬個AI核心,1.2萬億個電晶體,18GB板載內存,9PB/s的總內存帶寬,100Pb/s的總結構帶寬。
Cerebras的第二代晶圓級引擎今天在Hot Chips展會上亮相,其電晶體和核心數量更多:搭載了2.6萬億個電晶體85萬個核心。
Cerebras利用宏觀的方法來解決微觀的問題。晶圓切割晶片和晶圓級集成設計都是試圖為現代計算的封裝和能效問題尋找解決方案。前者專注於優化晶片面積,並將處理器分解成對其部署的工藝節點最有意義的功能塊。晶圓級集成技術也涉及集成,但是從系統作為一個整體平臺的角度來看問題。

傳統晶片通常是封裝在一個PCB板上,一旦開始考慮線路延遲和整體功耗,這種晶片內部就會有很多低效率的問題。通過將核心拼接在一起,Cerebras的晶圓級集成晶片設計繞過了通常情況下阻礙晶圓級處理器首先可行的製造限制。
當然,這樣做首先產生了兩種晶片功耗上的差別,晶圓切割晶片的耗電僅有幾瓦,而而晶圓級集成晶片需要消耗約15kW的功率,並且只能用於體積較大的系統當中。