半导体上游ip模块是什么-AI如何突破内存带宽瓶颈？ Rambus技术专家详细讲解IP产品策略

作者 | 文殊

编辑| 心缘

新时讯12月9日消息，今天上午，由美国IP设计商、芯片提供商Rambus举办的2020中国在线技术峰会开幕。 这是Rambus首次针对中国市场举办技术峰会。

Rambus大中华区总经理苏雷、高级应用工程师曹旺阳、高级现场工程师张岩分享了Rambus在安全IP和接口IP方面的最新产品进展，并阐述了内存和系统接口对下一步的影响——新一代 AI/ML 硬件发挥重要作用。

在安全IP方面，Rambus目前提供两类产品，可满足从轻量级物联网到高端车辆等应用场景的需求； 在接口IP方面，Rambus采用台积电7nm工艺的HBM2E内存接口解决方案，可实现4 Gbps的性能，其GDDR6解决方案可提供高达18 Gbit/s/pin的速率。

Rambus成立于20世纪90年代，持续开发现代片上系统（SoC）和计算系统的重要基础技术，包括高速物理和数字控制器接口IP核、安全IP核等。

1、安全IP：保护半导体产业链全流程安全

如今，不少半导体企业专注于在芯片IP、设计、代工、封装等单一产业链环节开展业务，产业链各环节之间存在一定程度的割裂。

因此，对于某个产业链环节的特定参与者来说，其上游产品由第三方供应商提供，这可能会给产品带来不可控的安全风险。

因此，Rambus高级现场工程师张岩认为，为了保障整个半导体生命周期的安全，需要从芯片架构阶段就考虑芯片安全问题。

目前，Rambus已推出两类安全IP，Vaultlp IP（安全服务和密钥管理IP）和CryptoManager Root of Trust IP（系统安全管理IP）。

其中Vaultlp IP适用于物联网、工业、网关等轻量级应用场景，具有安全启动、安全管理等功能。

CryptoManager Root of Trust IP面向更高端的使用场景，致力于为云、AI/ML、车辆、国防等场景打造安全的环境。

▲Rambus硬件可信根产品

芯片落地设备后，两个设备或服务器之间传输的数据称为“流动数据”。 由于传输介质处于公共领域，这部分“流动数据”可能会在多个地点受到攻击。

面对这种隐患，采用安全的通信协议、构建加密的传输通道至关重要。 目前，Rambus可以提供Rambus MACsec等多种安全通信协议产品。

张岩介绍，MACsec是一种二层网络安全标准，已广泛部署在PHY、交换机、防火墙、网关、网卡和5G设备中。

Rambus MACsec 产品解决方案包括单端口 IP、多通道 (TDM) MACses 引擎等半导体上游ip模块是什么，还提供 MACsec 工具包 IEEE 802.1X (EAP+MKA)，其中包括用于所需软件开发的数据平面工具。

此外卡通人物，Rambus还提供非MACsec多通道半导体IP等，可支持1Tpbs以上的AES-GCM加解密。

张岩还分享了他对保护半导体产业基础设施安全的看法。 他认为，保护半导体产业基础设施的安全，需要从芯片/设备安全、供应链安全、生命周期安全三个方面入手半导体上游ip模块是什么，对应芯片设计、生产、应用的各个流程。

1.保护芯片/设备的安全：创建硬件信任根

随着复杂性的增加，芯片安全漏洞呈指数级增长。 以CPU为例，目前CPU中引入了乱序执行、多线程执行等多种功能。 随着CPU功能的日益丰富，越来越多的安全风险也随之出现，比如Metaldown、Specre等攻击方式。

因此，与安全相关的敏感代码不应该设计在主CPU上，而应该运行在专门为安全设计的区域，这就是信任根。

在硬件实现上，信任根不仅要保证芯片硬件的安全，还要保证算法在面对恶意攻击时仍然可信。

信任根有多种密码算法，可以安全地存储密钥，并作为上层软件所需的信任链的基础。

大多数情况下，信任根是基于硬件的不可修改性而设计的。 可以说，信任之根是SoC和上层应用安全的基石。

例如，IP 设计人员可以提供安全功能，例如 IP 上的多信任根支持和安全调试。

需要指出的是，很多情况下，某些信任根只能在某些攻击方式下提供防护，而无法针对更多类型、更高级别的攻击提供防护。

选择信任根时，应根据芯片的最终使用场景、考虑的威胁模型、设备安全/成本/性能的排名等因素进行综合考虑和评估。

2. 保护供应链和生命周期安全：部署设备密钥并提供密钥管理服务

张岩表示，为了保证芯片生产过程的安全，需要引入安全认证环节，通过自动化的安全密钥/ID/数据注入来实现。 在该方案中，系统可以在可信或不可信环境下完成自动写入，无需人工干预。

为了保障芯片生命周期的安全，需要建立生产环节唯一设备标识（ID）的安全部署方案； 在运营环节，解决方案需要具备基于云服务的设备认证、功能管理、设备安全退役等功能。

2. 接口IP：带宽成为解锁更高AI和ML性能的关键

近年来，数据规模呈指数级增长，各种AI/ML应用应运而生，出现了许多专为AI/ML任务设计的专用处理器。

据Rambus大中华区总经理苏雷介绍表情包设计，Rambus评估了谷歌TPU v1、NVIDIA K80和英特尔Haswell这三种处理器的性能。 运行多种算法的结果表明，所有三种处理器的性能均受到内存带宽的限制。

Rambus高级应用工程师曹旺阳表示，在带宽成为AI系统性能瓶颈的背景下，HBM2E和GDDR6技术已成为两种流行的带宽解决方案。 最初，HBM2E和GDDR6都是针对图形市场开发的，但它们在AI训练和推理应用中也显示出优势。

HBM2E 能够提供高达 3686 Gbps 的带宽。 与 HBM2E 解决方案相比，GDDR6 提供较低的带宽 (512 Gbps)，但具有成本优势。

曹旺阳讲解了Rambus HBM2E和GDDR6解决方案的性能特点。

1. HBM2E解决方案可提供4 Gbps性能

今年10月15日，Ranbus宣布其HBM2E内存接口解决方案可在台积电7nm工艺上实现4Gbps性能。

搭配SK海力士的3.6Gbps HBM2E DRAM，该解决方案可为单个HAM2E设备提供460GB/s的带宽，满足TB级带宽需求。

4 Gbps 7nm HBM2E产品集成了完整的硬核PHY（包括IO和Decap）和控制器，可以降低客户的集成难度。

此外，该解决方案还提供系统级设计支持，包括中介层和封装参考设计。

去年，Rambus宣布燧源科技选择Rambus HBM2 PHY和内存控制器IP作为其下一代AI训练芯片。

曹旺阳表示，到目前为止，Rambus已为超过50家客户提供了带宽解决方案，其GF12LP节点的HBM2E解决方案速率可达3.2Gbps，处于预生产阶段。 与此同时，Rambus正在12LP+工艺节点上开发HBM2E解决方案。

2. GDDR6解决方案可提供高达18 Gbit/s/pin的速率

Rambus GDDR6 解决方案可实现高达 18 Gbit/s/pin 的速率。 曹旺阳表示，目前，这是业界GDDR6解决方案能够提供的最大速率。

带宽方面，Rambus GDDR6解决方案可提供高达576 Gbps的带宽； 在总线速度方面，Rambus GDDR6解决方案可以达到12、14、16或18 Gbps； 此外，该解决方案支持8、12、16Gbit DRAM。

此外，Rambus GDDR6 解决方案还提供经过验证的 PHY 和内存控制器。 用户无需花费时间进行调试，Rambus可以提供超过100个测试序列。

结论：AI芯片IP面临两大需求：高安全性和高带宽

随着技术的发展，人工智能已经走出实验室，成为驱动千行百业智能化转型的主要引擎，而芯片是人工智能应用落地的重要基础硬件设施。 据市场研究公司德勤预测，2020年全球人工智能市场规模将达到6800亿元，复合增长率达26%。

在此过程中，AI应用对产业链上游环节的芯片IP提出了新的安全和带宽要求。 据此，Rambus推出了两类安全IP以及HBM2E、GDDR6等接口IP解决方案。

此外，鑫东了解到，除了HBM2E和GDDR6产品外，Rambus还提供DDR4、PCIe等带宽解决方案。 据我们了解，Rambus 目前正在为 50 多家客户提供 PCIe 解决方案。

未来，AI、5G等新技术将为芯片IP产业带来怎样的需求？ 以Rambus为代表的产业链玩家将拿出什么样的解决方案？ 我们将持续关注。