CN115985900A - 高性能计算中用于存储器分离的光学通信 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及高性能计算中用于存储器分离的光学通信。本技术通常涉及从专用集成电路(“ASIC”)封装中分离存储器。例如，高带宽存储器(“HBM”)光学模块封装可以经由一个或多个光学链路连接到ASIC封装。HBM光学模块封装可以包括HBM管芯、HBM小芯片和光学小芯片。光学小芯片可以被配置为将HBM光学模块连接到一个或多个光纤，其与ASIC封装的一个或多个其他组件形成光学链路。通过在HBM光学模块封装中包括光学小芯片，HBM光学模块封装可以从ASIC封装分离。

Description

高性能计算中用于存储器分离的光学通信
相关申请的交叉引用
本申请要求于2022年4月25日提交的美国临时专利申请No.63/334,395的申请日的权益，该申请的公开内容在此通过引用并入本文中。
技术领域
本公开涉及高性能计算中用于存储器分离的光学通信。
背景技术
高性能计算可能需要多个高带宽存储器(“HBM”)管芯。与其他类型的存储器相比，HBM可以提供更大的带宽，同时使用更小的功率。通常，HBM管芯集成在专用集成电路(“ASIC”)封装中。随着ASIC封装的性能要求增加，可能需要额外的HBM管芯来提供带宽和容量，以提高性能。然而，由于ASIC封装的空间约束、ASIC封装的功率约束和/或ASIC封装的热约束，集成在ASIC封装中的HBM管芯的数量可能受到限制。此外，对于具有集成HBM管芯的ASIC封装，任何HBM管芯中的缺陷都可能使整个ASIC封装不可操作。因此，由于故障的HBM管芯，包括ASIC管芯的整个ASIC封装可能必须更换，这可能是昂贵和浪费的。
发明内容
本技术通常涉及从ASIC封装中分离存储器。存储器可以为例如HBM。HBM管芯可以为光学连接到ASIC封装的HBM光学模块封装的一部分。HBM光学模块封装可以包括HBM管芯、HBM小芯片和光学小芯片。光学小芯片可以被配置为将HBM光学模块封装光学连接到ASIC封装。通过将HBM光学模块封装光学连接到ASIC封装，HBM管芯可以从ASIC封装中分离。通过将HBM管芯从ASIC封装中分离，无论ASIC封装的占地面积大小、ASIC封装的热约束和/或ASIC封装的功率约束如何，额外的HBM管芯都可以连接到ASIC封装。将HBM管芯从ASIC封装中分离可以另外或替代地提供介绍的维修成本，因为与整个ASIC封装相比，仅需更换HBM光学模块封装上的故障组件。
本技术的一个方面涉及一种封装，该封装包括一个或多个高带宽存储器(HBM)管芯、连接到一个或多个HBM模块的HBM小芯片以及耦合到HBM小芯片并且连接到一个或多个光纤的光学小芯片。光学小芯片可以被配置为经由所述一个或多个光纤将所述一个或多个HBM模块连接到单独的光学组件。
单独的光学组件可以为专用集成电路(ASIC)管芯。该封装可以包括用于一个或多个HBM管芯、HBM小芯片和光学小芯片的相应插槽。所述一个或多个HBM管芯、HBM小芯片和光学小芯片可以可移除地耦合到封装。HBM小芯片可以包括第一管芯到管芯(D2D)，并且光学小芯片包括第二D2D。HBM小芯片可以经由第一D2D与第二D2D之间的D2D接口与光学小芯片通信。
本技术的另一方面涉及一种系统，该系统包括第一封装和与第一封装光学耦合的第二封装。第二封装可以包括一个或多个高带宽存储器(HBM)管芯、连接到一个或多个HBM模块的HBM小芯片以及耦合到HBM小芯片并且连接到一个或多个光纤的光学小芯片。光学小芯片可以被配置为经由所述一个或多个光纤将第二封装连接到第一封装。
第一封装可以为专用集成电路(ASIC)管芯。ASIC管芯可以包括一个或多个光学接口。所述一个或多个光学接口中的每个光学接口可以被配置为连接到一个或多个光纤。
光学小芯片可以包括一个或多个第一光纤端口，该第一光纤端口被配置为接收所述一个或多个光纤中的一个光纤的相应第一端，并且所述一个或多个光学接口可以包括一个或多个第二光纤端口，该第二光纤端口被配置为接收所述一个或多个光纤的相应第二端。
第二封装可以包括一个或多个HBM管芯、HBM小芯片和光学小芯片的相应插槽。所述一个或多个HBM管芯、HBM小芯片和光学小芯片可移除地耦合到第二封装。HBM小芯片可以包括第一管芯到管芯(D2D)，并且光学小芯片包括第二D2D。HBM小芯片可以经由第一D2D与第二D2D之间的D2D接口与光学小芯片通信。
附图说明
图1说明了根据本公开的方面的示例性封装。
图2说明了根据本公开的方面的示例性系统。
图3说明了根据本公开的方面的图2的示例性系统的详细部分。
具体实施方式
技术通常涉及从专用集成电路(“ASIC”)封装中分离存储器。例如，高带宽存储器(“HBM”)光学模块封装可以经由一个或多个光学链路连接到ASIC封装。HBM光学模块封装可以包括HBM管芯、HBM小芯片和光学小芯片。光学小芯片可以被配置为将HBM光学模块封装连接到一个或多个光纤，其与ASIC封装的一个或多个其他组件形成光学链路。通过在HBM光学模块封装中包括光学小芯片，HBM管芯可以从ASIC封装分离。
HBM光学模块封装与ASIC封装之间的光学链路可以允许与HBM管芯集成在ASIC封装内的情况相比，HBM光学模块封装以及因此HBM管芯与ASIC管芯的位置明显更远。由于HBM光学模块封装与ASIC封装之间的连接为光学连接，因此即使HBM管芯与ASIC封装之间的距离增加，也几乎不导致性能下降。
如本文所使用，信道范围是指信号通过光连接或电连接传播的距离。光学链路的信道范围可以比电链路的信道范围更远。通过分离HBM管芯以及将HBM管芯并入HBM光学模块封装中，系统设计者通过利用光学链路提供的更长信道范围，获得关于HBM管芯相对于ASIC封装的位置的更大灵活性。此外，由于HBM管芯可以位于ASIC封装外部，因此可以减小ASIC封装尺寸。
随着ASIC封装的性能要求增加，可能需要更多的HBM管芯来提供内存带宽和容量用于提高的性能。ASIC性能要求的增加可能限制可以在ASIC封装上放置多少HBM管芯。可用封装尺寸或ASIC占地面积可能限制封装上放置的HBM管芯的数量。例如，封装尺寸可以基于也必须连接到封装的其他组件为HBM管芯分配预定量的空间。因此，在不扩大封装的情况下，可以限制HBM管芯的空间量。放置在封装上的HBM管芯的数量可以基于封装的功率和热约束而另外或替代地受到限制。例如，在封装上包括额外的HBM管芯可能导致热输出增加。热输出的增加可能超过封装的热约束，并且因此可能损坏封装内的组件和/或封装本身。
通过将HBM管芯并入HBM光学模块封装中，HBM管芯可以从ASIC模块分离，并且经由一个或多个光纤连接。将HBM管芯从ASIC模块分离可以增加可连接到ASIC封装的HBM管芯的数量。
图1从俯视图说明了HBM光学模块封装。HBM光学模块封装100可以包括多个组件，诸如HBM管芯102、HBM小芯片104和光学小芯片116。尽管图1示出了具有一个HBM管芯102、HBN小芯片104和光学小芯片116的示例性HBM光学模块封装100，但HBM光学模块封装可以包括任何数量的HBM管芯102、HBN小芯片104和光学小芯片116。因此，图1中所示的配置仅是一个示例，并不旨在进行限制。
HBM光学模块封装100的每个组件都可以连接到HBM光学模块封装100内的一个或多个基板，诸如电路板。例如，组件可以经由一个或多个插槽连接到主基板101或与主基板连接的子基板。在一些实例中，每个组件可以可移除地连接到基板。在这种配置中，每个组件都可以用升级的组件更换。在一些示例中，如果组件出现故障，则可以更换每个组件。相比之下，具有集成HBM的ASIC封装可能需要在单个组件的故障时更换整个ASIC封装，或者需要困难且耗时的维修过程来更换故障组件。
HBM小芯片104可以包括HBM物理接口(“PHY”)106、HBM控制器108、适配器110、管芯到管芯(“D2D”)接口112、芯片管理器(“CM”)、测试设计(“DFT”)和通用输入/输出(“GPIO”)114。
例如，HBM PHY 106可以从HBM控制器108接收命令，并且将命令发送给HBM管芯102。例如，HBM控制器108可以优化存储器流量，并且提高HBM小芯片104、HBM管芯102和/或HBM光学模块封装100的整体性能。
适配器110可以允许对HBM光学模块封装100上的组件进行独立测试。独立测试可以经由一个或多个外部接口执行。根据一些示例，测试可以为联合测试行动小组(“JTAG”)测试和/或缺陷零件筛选。组件的独立测试可以减少因缺陷的组件和/或HBM光学模块封装的总拥有成本而导致的任何停机时间。在一些示例中，如果适配器110确定组件发生故障和/或有缺陷，则适配器110可以发送识别故障或有缺陷的组件的通知。该组件可以从系统主板上的相应插槽中移除，并用正常工作的组件更换。在此示例中，与必须更换整个ASIC封装或HBM光学模块封装100相比，仅更换故障组件可以节省时间和金钱。
根据一些示例，通过识别故障或有缺陷的组件，与更换单片ASIC封装相比，可以减少更换或维修HBM光学模块封装100的停机时间。在此示例中，停机时间可能限于从其相应插槽中移除故障组件并用新组件替换。另外或替代地，只有具有故障组件的HBM光学模块封装100在维修期间可能经历停机时间。相比之下，对于单片封装，整个ASIC封装可能经历停机时间。此外，如果单片封装上的组件出现故障，则必须更换整个封装，这代价高昂。
CM 114可以配置和管理HBM小芯片104、HBM管芯102和/或HBM光学模块封装100。
HBM小芯片104可以连接到HBM管芯102和光学小芯片116。
光学小芯片116可以经由D2D接口118、112连接到HBM小芯片102。例如，HBM小芯片118的D2D 112可以与光学小芯片116的D2D 118通信。D2D接口112、118可以为高带宽接口(“HBI”)。
光学小芯片116可以包括D2D 118、一个或多个光纤端口120和负载平衡(“LB”)物理接口(“PHY”)130。每个光纤端口120可以被配置为接收相应光纤122。光纤122可以从光学小芯片116连接到单独的组件。例如，光纤122可以将光学小芯片116连接到ASIC封装。通过将光纤122耦合到光学小芯片116，HBM光学模块封装100可以与ASIC封装分离。在这方面，与HBM管芯和ASIC封装之间的电连接相比，光纤122可以扩大HBM光学模块封装100与ASIC封装之间的信道范围。
LB PHY 130可以被配置为控制向ASIC封装发送和/或从ASIC封装接收的数据。
图2说明了示例性系统，其中HBM与ASIC封装分离。系统2000可以包括ASIC封装224和多个HBM光学模块封装200。每个HBM光学模块封装200可以包括HBM管芯202、HBM小芯片204和光学小芯片216。每个HBM光学模块封装200可以通过一个或多个光纤222连接到ASIC封装224。ASIC封装224可以为例如张量处理单元(“TPU”)。
ASIC封装224可以包括互连件226和多个光学接口228。互连件226可以为例如总线或互连接口(“ICI”)。互连件226可以被配置为与另一ASIC封装的互连件通信。互连件226可以包括D2D接口。互连件226的D2D可以连接到相应光学接口228的D2D接口。
光学接口228可以包括负载平衡(“LB”)物理接口(“PHY”)232。与HBM光学模块封装100的LB PHY 130类似，LP PHY 232可以被配置为控制向HBM光学模块封装200发送和/或从HBM光学模块封装200接收的数据量。另外或替代地，光学接口228可以包括一个或多个光纤端口234，如图3所示。每个光纤端口234可以被配置为接收相应光纤222。光纤222可以将每个HBM光学模块封装200连接到相应光学接口228。
图3说明了系统2000的部分300的放大框图。部分300包括光学连接到光学接口228的HBM光学模块封装200。光学接口可以连接到互连件226。
多个光纤222可以将HBM光学模块封装200上的每个光纤端口220延伸到接口228上的相应光纤端口234。虽然HBM光学模块封装200和接口228上显示了十二个光纤端口220、234，但可以有任何数量的光纤端口。例如，可以有一个、五个、二十个等。因此，十二个光纤端口220、234仅仅是一个示例，并不旨在进行限制。此外，为了清楚起见，图3说明了在HBM光学模块封装200上的光纤端口220和接口228上的光纤端口234之间延伸的四个光纤222。例如，可能存在从HBM光学模块封装200上的每个光纤端口220延伸到接口228上的相应光纤端口234的光纤222。因此，在一些示例中，在HBM光学模块封装200与接口228之间延伸的光纤222的数量可以对应于光纤端口220、234的数量。在一些示例中，光纤222的数量可以小于光纤端口220、234的数量，使得存在空的光纤端口220、234。
将HBM光学模块封装200连接到ASIC封装224的光纤222可以扩大HBM光学模块封装200与ASIC封装224之间的信道范围。光学链路的信道范围可以比电链路的信道范围更远。例如，扩大HBM光学模块封装200与ASIC封装224之间的信道范围可以提供关于HBM光学模块封装200相对于ASIC封装224位于何处的灵活性。例如，扩大的信道范围可以允许HBM光学模块封装200以及因此HBM 204与ASIC封装224分离。
除非另有说明，否则上述替代示例并非相互排斥，但可以通过各种组合实施，以实现独特的优势。由于可以在不脱离权利要求所限定的主题的情况下利用上述特征的这些和其他变化和组合，因此应当通过说明的方式而不是通过限制权利要求所限定的主题的方式来对示例进行上述描述。另外，提供本文描述的示例以及措辞为“例如”、“包括”等的句子不应被解释为将权利要求的主题限于特定示例；相反，这些示例仅用于说明许多可能实施中的一种。此外，不同附图中的相同附图标记可以标识相同或相似的元件。

Claims (15)

1.一种封装，包括：
一个或多个高带宽存储器(HBM)管芯；
HBM小芯片，所述HBM小芯片被连接到所述一个或多个HBM管芯；以及
光学小芯片，所述光学小芯片被耦合到所述HBM小芯片并且被连接到一个或多个光纤，
其中，所述光学小芯片被配置为经由所述一个或多个光纤将所述一个或多个HBM管芯连接到单独的光学组件。
2.根据权利要求1所述的封装，其中，所述单独的光学组件为专用集成电路(ASIC)管芯。
3.根据权利要求1所述的封装，其中，所述封装包括用于所述一个或多个HBM管芯、所述HBM小芯片和所述光学小芯片的相应插槽。
4.根据权利要求1所述的封装，其中，所述一个或多个HBM管芯、所述HBM小芯片和所述光学小芯片可移除地耦合到所述封装。
5.根据权利要求1所述的封装，其中，所述HBM小芯片包括第一管芯到管芯(D2D)，并且所述光学小芯片包括第二D2D。
6.根据权利要求5所述的封装，其中，所述HBM小芯片经由所述第一D2D与所述第二D2D之间的D2D接口与所述光学小芯片通信。
7.一种系统，包括：
第一封装；以及
第二封装，所述第二封装光学耦合到所述第一封装，所述第二封装包括：
一个或多个高带宽存储器(HBM)管芯；
HBM小芯片，所述HBM小芯片被连接到所述一个或多个HBM管芯；以及
光学小芯片，所述光学小芯片被耦合到所述HBM小芯片并且被连接到一个或多个光纤，
其中，所述光学小芯片被配置为经由所述一个或多个光纤将所述第二封装连接到所述第一封装。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述第一封装为专用集成电路(ASIC)管芯。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述ASIC管芯包括一个或多个光学接口。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述一个或多个光学接口中的每个光学接口被配置为连接到所述一个或多个光纤。
11.根据权利要求9所述的系统，其中：
所述光学小芯片包括一个或多个第一光纤端口，所述一个或多个第一光纤端口被配置为接收所述一个或多个光纤中的一个光纤的相应第一端，并且
所述一个或多个光学接口包括一个或多个第二光纤端口，所述一个或多个第二光纤端口被配置为接收所述一个或多个光纤的相应第二端。
12.根据权利要求7所述的系统，其中，所述第二封装包括用于所述一个或多个HBM管芯、所述HBM小芯片和所述光学小芯片的相应插槽。
13.根据权利要求7所述的系统，其中，所述一个或多个HBM管芯、所述HBM小芯片和所述光学小芯片可移除地耦合到所述第二封装。
14.根据权利要求7所述的系统，其中，所述HBM小芯片包括第一管芯到管芯(D2D)，并且所述光学小芯片包括第二D2D。
15.根据权利要求13所述的系统，其中，所述HBM小芯片经由所述第一D2D与所述第二D2D之间的D2D接口与所述光学小芯片通信。
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