SoC

2 points from paper A Time Scaling Theory for Multi-Layer Electronic Systems

To see what exactly Huawei did

Posted by half cup coffee on May 25, 2026

A Time Scaling Theory for Multi-Layer Electronic Systems 论文中的两个要点:

混合键合技术

混合键合是一种芯片互联封装技术,能够将两个(或多个)独立晶圆/芯片在极小间距下直接”面对面”物理连接,同时实现电气导通和机械固定。

example:

传统平面布局:

┌─────────────────────────────┐
│  [门A]──[门B]──[门C]──[门D] │  ← 所有门在同一平面
│   长导线连接,RC延迟大        │
└─────────────────────────────┘

LogicFolding垂直布局:

┌─────────────────────────────┐  ← 上层芯片
│        [门B]    [门D]        │
└────────↑────────↑───────────┘
         │混合键合 │  (极短垂直连接)
┌────────↓────────↓───────────┐  ← 下层芯片
│  [门A]          [门C]        │
└─────────────────────────────┘

被拆分的是关键路径上的逻辑门:

  • 原本一条很长的关键路径(Critical Path)被切断,分布在上下两层
  • 导线长度大幅缩短 → RC延迟降低 → 速度提升

芯片中信号延迟主要来自导线的寄生电阻R和电容C: 导线长度减少约 30%, 时钟缓冲器数量减少 50%, SRAM工作频率提升 40%以上.

Unified Bus(统一总线)深度解析, 非芯片内优化

传统方式:

[芯片A内存] → PCIe → NVLink → InfiniBand → NVLink → PCIe → [芯片B内存]
               转换①    转换②      转换③      转换④    转换⑤
               延迟累积:数十微秒

Unified Bus方式:

[芯片A内存] ←————— 单一协议,直接内存语义访问 —————→ [芯片B内存]
                        延迟:~100纳秒

从系统抽象看:

  [服务器A] --- 网络 --- [服务器B] --- 网络 --- [服务器C]
  各自独立,通过网络通信

UB系统视角(文章称之为 “System-as-One-Chip”):

  ┌─────────────────────────────────────┐
  │  芯片A内存 │ 芯片B内存 │ 芯片C内存  │
  │           统一内存地址空间           │
  └─────────────────────────────────────┘
  整个机柜在逻辑上就是"一块超大芯片"

UB最核心的创新点 - 以芯片A想读取芯片B的数据 为例

传统消息传递模式:

  1. A:发送请求消息 “我要第X块数据”
  2. 等待…(软件处理)
  3. B:收到消息,准备数据
  4. B:发送响应消息 “给你数据”
  5. A:收到消息,解析,写入本地内存

全程软件介入,延迟高

UB内存语义模式:

  1. A:直接 LOAD 地址 0xB_XXXX(B的内存地址)
  2. 硬件自动完成数据获取 对程序员来说就像访问本地内存, 无需软件介入,延迟极低

协议始终是UB,物理介质因距离而异:

┌──────────────────────────────────────────┐
│              机柜内(~5cm内)             │
│   芯片A ←——UB协议/电气连接——→ 芯片B      │
└──────────────────────────────────────────┘
                    ↕
┌──────────────────────────────────────────┐
│           机柜间(最远100米)             │
│   机柜X ←——UB协议/Hi-ONE光纤——→ 机柜Y   │
└──────────────────────────────────────────┘