异构集成 与 异构计算
时间：2022-08-16 11:00:00
导读
本文主要阐明以下问题：
异构集成是什么？
异构计算是什么？
什么是算力？
异构集成、异构计算和计算能力之间的关系？
异构时代是什么？
异构集成
异构集成（Heterogeneous Integration）通常是单片集成电路（monolithic）相应地，我们常见的芯片是单片集成电路，属于同构集成电路（homogeneous Integration)，这意味着在同一材料上制作所有元件。这曾经是杰克的杰克基尔比（Jack Kilby）伟大的梦想最终成为现实，促进了信息技术的巨大进步，对人类文明的进步产生了重大影响。
异构集成和同构集成并不相互排斥，所有异构集成的单元都是同构集成。
异构集成（Heterogeneous Integration）准确地说，全称异构异质集成，可以看作是其中文的缩写。在这里，我们将其分为异构(HeteroStructure)集成和异质(HeteroMaterial)集成两类。
异构集成
异构集成（HeteroStructure Integration）主要指将多个不同工艺节点单独制造的芯片封装到一个封装内部，以增强功能性和提高性能，可以对采用不同工艺、不同功能、不同制造商制造的组件进行封装。例如将不同厂商的7nm、10nm、28nm、45nm通过异构集成技术包装的小芯片。
这里主要是硅芯片，工程师可以在芯片库中使用不同的工艺节点，就像积木一样Chiplet通过异构集成技术组装小芯片。
异质集成
异质集成（HeteroMaterial Integration）是指将不同材料的半导体装置集成到一个包装中，能产生尺寸小、经济性好、灵活性高、系统性能好的产品。
如将Si、GaN、SiC、InP通过异质集成技术将生产加工芯片包装在一起，形成不同材料的半导体在同一包装中协同工作的场景。
过去，由于功耗、性能、成本等因素，集成首先在单片上实施，如SoC。近年来，随着摩尔定律的放缓，单片集成的发展受到了影响。由于先进包装和芯片堆叠技术的创新，设计师可以将系统集成到单个包装中SiP，这促进了异构异质集成的发展。
今天，Heterogeneous Integration 异构异质集成主要指封装层（Package Level）随着先进包装技术的兴起，近十年来越来越受到业界的重视，并逐渐发展成为电子系统集成中最受关注的环节。
异构计算
异构计算（Heterogeneous Computing）是指将CPU、GPU、FPGA、DSP将不同架构的运算单元集成并行计算。
例如，CPU擅长读取数据、管理文件、人机交互等管理和调度；GPU管理弱，操作强，更适合整个数据流处理算法；FPGA实时性高，能管理能运算，但是开发周期长，复杂算法开发难度大；DSP计算适用于特定算法等。
当人工智能等海量计算需求到来时，GPU、FPGA、DSP去配合CPU计算任务自然产生，即异构计算。
异构计算技术产生于20世纪80年代中期。由于计算能力高、可扩展性好、资源利用率高、发展潜力大，已成为并行计算领域的研究热点。
近年来，人工智能不断爆发，对计算能力提出了更高的要求。作为大计算时代的解决方案，异构计算打破了传统通用计算的限制，整合了不同指令集和系统架构的计算单元，完美地支持了大计算场景。
异构计算的实现架构通常是CPU GPU/FPGA/DSP，主要由CPU完成不可加速部分的计算和整个系统的控制调度GPU/FPGA/DSP完成特定任务和加速。
异构计算是不同于特殊形式的并行和分布式计算CPU一般的计算架构，整合各种计算架构，如CPU、GPU、FPGA、DSP、ASIC等等，可以简单理解为：专人做专事，人多力量大。
算力
算力（Computing Power），顾名思义，就是计算能力。
计算能力最初是比特币处理能力的测量单位，即CPU计算哈希函数输出的速度。现在它已经成为描述计算能力的通用术语。
计算能力存在于各种硬件设备中。如果没有计算能力，就没有软硬件的正常应用。高配置计算机计算能力较高，可运行复杂的大型软件。低配置计算机计算能力不足，适用于普通办公软件的运行。
计算能力受到处理器运行速度、存储、网络等因素的影响，而计算能力的核心是芯片。
计算能力为大数据和人工智能的发展提供了基本的保障，计算能力是人工智能发展的动力和引擎。
计算能力、大数据和人工智能已经有机地结合成一个智能的整体。目前，计算能力的发展迫在眉睫，否则将限制人工智能的发展。
异构集成、异构计算和计算能力之间的关系
我想了想异构集成、异构计算和计算能力之间的关系。我画了以下图片，大致可以描述三者之间的关系。
异构集成主要集成在包装层面。不同工艺节点和材料的芯片通过先进的包装技术集成在一起。异构计算通过集成不同架构的计算单元并行计算。两者的目的是提高计算能力。
异构计算充分利用各种计算资源的并行和分布计算技术，结合不同的工艺和架构、指令集和功能，已成为解决计算能力瓶颈的重要途径。
为了实现异构计算，异构集成和先进的包装技术在其中起着关键作用。异构集成和先进包装技术的进步使得在单个包装中构建复杂系统成为可能，能够快速满足异构计算系统芯片所需的功耗、体积和性能要求，是目前技术可以实现的最佳解决方案。
异构集成和异构计算的目标是使计算任务的执行时间最短，即计算能力最强。
异构时代
异构技术逐渐成为主流时代，被业界称为异构时代（Heterogeneous Era），这里的异构包括异构计算和异构集成。
随着先进包装技术的兴起，异构计算概念在20世纪80年代兴起，近十年来一直很流行。异构集成概念出现不到十年，逐渐得到业界的认可。
异构计算和异构集成两者的目的都为了提升算力。当今这个时代，异构逐渐成为一个热门词汇，因此被称为异构时代。
异构集成和异构计算都是由时代诞生的，即异构时代。
总结
本文主要阐述了以下问题：
异构集成全称异构异质集成，主要是指封装层面的集成，其概念是近十年来随着先进封装技术的兴起而越来越受到业界的重视。
异构计算是指将军CPU、GPU、FPGA、DSP将不同架构的运算单元并行计算，以提高计算能力。
计算能力是计算和数据处理的能力。
异构集成和异构计算的主要目的是提高系统的计算能力。
异构集成和异构计算都是由时代诞生的，即异构时代。
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