从CPO、3D封装到AI芯片互连，谁才是背后的推手？

智猩猩芯算2025-07-23

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往往是焦点。虽然它们确实是不可或缺的核心部件，但真正让我们能够驾驭它们、规模化训练和运行数万亿参数模型的，其实是互连架构。这些互连技术覆盖了多个层面：从芯片封装内部的die-to-die通信，到系统中芯片间的连接，再到允许我们将系统扩展到数十万个加速器的system-to-system。开发和整合这些互连架构绝非易事。可以说，英伟达（Nvidia）能有今天的霸主地位，很大程度上归功于此。然而，在过去几年里，博通（Broadcom）一直在默默开发技术，其范围涵盖了从横向扩展的以太网架构一直到芯片封装本身。而且，与英伟达不同，博通做的是“商用芯片”生意。他们会把自己的芯片和知识产权卖给任何人，很多时候，你可能根本不知道背后会有博通的参与。事实上，现在普遍认为谷歌的TPU大量使用了博通的知识产权。也有传言称，苹果正在利用博通的设计开发用于人工智能的服务器芯片。对于超大规模云服务商来说，这种模式尤其合理，因为它意味着他们可以专注于开发差异化的核心逻辑，而不是重复“造轮子”去解决如何把所有部件整合在一起的问题。01根植于交换技术提到博通，你首先想到的可能是其收购VMware引发的巨大定价难题。如果不是这个，那你很可能将他们与以太网交换技术联系起来。虽然像Meta、xAI、甲骨文（Oracle）等公司部署的庞大GPU数量常登上头条，但您可能会惊讶于将它们连接起来所需的交换机数量之多。一个拥有12.8万个加速器的集群，仅计算网络部分就可能需要5000台甚至更多的交换机，而存储、管理或API接入网络可能还需要更多。为了满足这种需求，博通正在推出一些端口密度（radix）极高的交换机。先是2022年的51.2 Tbps “Tomahawk 5”芯片，最近则是102.4 Tbps的“TH6”。TH6提供了两种选择：1024个100Gbps SerDes通道或512个200Gbps SerDes通道。一台交换机容纳的端口越多，其端口密度就越高，连接相同数量的终端设备所需的交换机数量就越少。据我们计算，用200Gbps连接前面例子中同样数量的GPU，仅需750台TH6交换机。当然，由于是基于以太网，客户不会被锁定在单一供应商。在今年早些时候的GTC大会上，英伟达也发布了自己的102.4 Tbps以太网交换机，我们预计迈威尔（Marvell）和思科（Cisco）不久也会有同等规格的交换机问世。02Scale-up的以太网以太网通常与构成现代数据中心骨干的 scale-out 架构相关联。然而，博通也正将“Tomahawk 6”这类交换机定位为实现机架级架构（rack-scale）的一种捷径。如果你还不熟悉，这种 scale-up 架构为8个到72个GPU之间提供高速的芯片间连接，预计到2027年，支持多达576个GPU的设计将会出现。虽然像8个加速器这样的小规模网状连接可以通过简单的芯片直连实现，但像英伟达的NVL72或AMD的Helios参考设计中的更大规模配置，就需要交换机了。英伟达已有其NVLink交换机。尽管业内许多公司已围绕开放替代方案“超加速器链路”（Ultra Accelerator Link, UALink）达成共识，但该规范仍处于起步阶段——首个版本今年四月才发布，专用的UALink交换机硬件尚未面世。博通曾是这项技术的早期支持者，但过去几个月里，其名字已从UALink联盟网站上消失。它转而开始大力宣传自己的“Scale-Up Ethernet”（SUE）解决方案栈，该方案旨在与现有的交换机配合工作。虽然像UALink这样专为纵向扩展网络设计的精简协议有其优势，但以太网不仅能胜任这项工作，而且还有一个关键优势：现在就能用。事实上，英特尔在其Gaudi系统上已同时使用以太网进行纵向和横向扩展网络的连接。而AMD则计划从明年开始，在其第一代机架级系统中通过以太网隧道传输UALink协议。03通往更大、更高效网络的明灯除了传统的以太网交换技术，博通还在CPO（Co-Packaged Optics）领域持续投入，这可以追溯到2021年Humboldt的推出。简而言之，CPO技术将通常位于可插拔光模块中的激光器、数字信号处理器（DSP）和信号重整器（retimer）移出，并将其集成到与交换机专用芯片（ASIC）相同的封装中。尽管网络设备供应商曾一度抗拒采用CPO路线，但这项技术确实带来了诸多好处。特别是，减少可插拔模块意味着功耗显著降低。据博通称，其CPO技术的能效比可插拔方案高出3.5倍以上。在Computex展会上，博通预告了其第三代CPO技术。我们了解到，它将与其“Tomahawk 6”交换机ASIC配对使用，在交换机前面板提供多达512个200Gbps光纤端口。博通预计到2028年，其CPO将能支持400Gbps通道。博通并非唯一拥抱CPO的公司。今年春季的GTC大会上，英伟达展示了其Spectrum以太网交换机和Quantum InfiniBand交换机的光子版本。不过，虽然英伟达在其横向扩展网络中采用了光子技术，但其用于纵向扩展网络的NVLink目前仍坚持使用铜缆。铜缆功耗较低，但传输距离有限。在现代纵向扩展互连的高速运行下，这些铜缆最多只能延伸几米，并且通常需要额外的信号重整器，这又会增加延迟和功耗。但是，如果你想将纵向扩展网络从一个机架延伸到多个机架呢？这就需要光器件了。为此，博通也在研究如何将光器件直接集成到加速器本身。在去年的Hot Chips大会上，这家科技巨头展示了一款速率达6.4 Tb/s的光学以太网小芯片（chiplet），它可以与GPU封装在一起。这意味着每个加速器拥有1.6 TB/s的双向带宽。当时博通估计，这种级别的连接能力可以支持512个GPU组成一个单一的纵向扩展系统，仅需64台51.2 Tbps的交换机。如果使用“Tomahawk 6”，要么可以将这个交换机数量减半，要么给每个加速器再增加一个CPO小芯片，将其带宽翻倍至3.2 TB/s。04chiplet与封装技术既然提到了chiplet，博通的知识产权栈也延伸到了“chip-to-chip”和封装技术领域。随着摩尔定律逐渐失效，单个光罩尺寸（reticle-sized）的芯片所能集成的计算能力是有上限的。这推动了许多行业参与者转向多裸片（multi-die）架构。例如，英伟达的Blackwell加速器实质上是两个GPU裸片，通过高速的芯片间互连融合在一起。AMD的MI300系列则更进一步，采用台积电的CoWoS（Chip-on-Wafer-on-Substrate）3D封装技术，将八个GPU裸片堆叠在四个I/O裸片之上，形成了一个“硅三明治”。多裸片架构允许使用更小的裸片，从而提高良率。计算裸片和I/O裸片还可以在不同的工艺节点上制造，以优化成本和效率。例如，AMD使用台积电的5nm工艺制造GPU裸片，而用其较老的6nm工艺制造I/O裸片。设计这样的多裸片架构并不容易。因此，博通开发了其3.5D Xtreme Dimension System in Package (3.5D XDSiP)技术，这本质上为构建多裸片处理器提供了一个蓝图。博通最初的设计看起来很像AMD的MI300X，但该技术对任何愿意授权的公司开放。尽管有相似之处，博通在处理计算裸片与系统其余逻辑接口的方式上略有不同。据我们所知，以往的3.5D封装技术（如MI300X上使用的）采用“面对面背”（face-to-back）接口，这需要在连接数据传输和供电的通硅硅穿孔（TSV）布线方面做更多工作。博通的XDSiP设计优化了 face-to-face 通信，使用了一种名为混合铜键合（Hybrid Copper Bonding, HCB）的技术。这允许小芯片之间实现密度更高的电气接口。据称，这将大幅提升裸片间互连速度并缩短信号传输路径。基于这些设计的首批产品预计将于2026年投入生产。但由于芯片设计商通常不会透露哪些知识产权是自研、哪些是外购的，我们可能永远无法知道哪些AI芯片或系统正在使用博通的技术。","kind":"news","is_publish_news":true,"is_publish_highlight":false,"is_publish_live":false,"is_publish_wemedia":null,"editions":null,"column":"","sentiment":"0","news_tag":"","news_rank":0,"symbols":[],"gpt_button":0,"need_auth":false,"code":"91000000","status":"200"},"commentList":[],"isCommentEnd":true,"newsSizeData":{"likeSize":1,"commentSize":0,"repostSize":0,"favoriteSize":0,"likeStatus":false,"favoriteStatus":false},"APP":{"userAgent":"Mozilla/5.0 AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko; compatible; ClaudeBot/1.0; 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