谷歌要用SoC代替主機板了嗎？

最近，谷歌的系統基礎設施副總裁阿米特·瓦達特(Amit Vahdat)在一篇部落格文章中表示, 谷歌將會用“位於同一晶片上或一個封裝內的多個晶片上的SoC”，去逐漸替代“元件整合在一塊用幾英寸長的電線隔開的主機板”，“SoC就是新的主機板”，這個方向將是“谷歌的下一步”。

Amit這麼一說，聽起來好像谷歌還在用著20年多前的計算機，主機板上有各種各樣的分立功能晶片，谷歌急需提高系統整合度來降低主機板上互聯電路的成本，提高效能。但實際情況真的是這樣嗎？

一塊幾年前的Intel Xeon伺服器處理器的單socket主機板，可以很清楚的看到，除了中間佔了最大面積的處理器槽位以及網路晶片外，整個主機板上只剩下各種物理介面、電源管理、電阻電容等輔助器件。

而中央的Xeon內部整合了多核處理器、顯示控制器（GPU）、PCIE控制器、DDR Memory控制器，處理器核也整合了對多媒體、壓縮、加密的專用指令模組，幾乎所有的純數位電路邏輯，都已經整合到Intel處理器內部。

這難道不是一個SoC -- System on Chip嗎？無論什麼樣的SoC，主機板和物理訊號介面總還會是存在的，伺服器級別的大容量記憶體目前也很難完全整合到晶片或封裝內部，所以我們看到的已經是一個高度整合、基於SoC處理器的伺服器系統。

很顯然，“SoC就是新的主機板”的說法並不準確，而“用SoC代替主機板上分立的功能元件”是一個早就發生了的事實，那麼Amit提到的谷歌SoC創新到底指什麼？

讓我們再看看Amit的部落格文章，他提到了2015年開始的谷歌自研TPU晶片專案（ Tensor Processing Unit ，面向AI加速，目前已經發展到第三代），2018年穀歌的VCU專案（Video Coding Unit，面向視訊流加速處理），以及2019年的OpenTitan專案（開源安全晶片，基於Titan晶片），從這些專案中誕生的，恰恰是Amit所提到的“主機板上分立的功能元件”，也就是獨立的功能晶片。

谷歌已經從TPU等晶片的大規模應用中嚐到了甜頭，結合谷歌的軟體和AI演演算法之後，目前谷歌翻譯、谷歌Colab、谷歌影象、部署在谷歌雲上的各類客戶應用等都在大規模使用TPU晶片。

當這樣的功能元件晶片取得大規模應用的成功之後，谷歌下一步要幹什麼？

當然是像過去20年業界一再發生的一樣，將這些新功能元件整合到處理器SoC內部，進一步降低成本和功耗並提高整合度。在通用處理器市場還牢牢掌握在Intel等廠商手中的情況下，谷歌必須考慮設計自己的SoC處理器來完成它的目標。

這就很清楚了：Amit所指的SoC創新，並不是指簡單地用SoC電路去替代主機板上多個分立功能單元，而是從谷歌的應用需求出發，超越現有的通用伺服器SoC去客製化符合特定應用需求的多樣化SoC處理器，我們可以稱之為“客製化SoC處理器”。

類似的，Nvidia公司在2019年收購的Mellanox，其長遠目標同樣是將Mellanox公司所創新的SmartNIC功能模組整合進自己的新一代SoC處理器。同樣，亞馬遜、微軟、華為、阿里巴巴等雲廠商也都已經或佈局了自己的SoC晶片產品和研發團隊。

為什麼這些系統產品巨頭們都把眼光投向了小小的晶片？因為未來的產品創新和競爭都會緊密圍繞客製化SoC晶片展開，在一顆晶片或封裝內的完整系統才有最佳化的效能和功耗，再加上跟軟體系統的緊密配合，會給系統產品廠商帶來最大的競爭優勢，這裡最典型的例子就是晶片、硬體系統、作業系統直到應用系統全面開花的蘋果公司。

跟我們過去已經習慣看到嵌入式系統領域有大量的客製化SoC一樣，桌面電腦、雲端計算和伺服器領域同樣會誕生更多的客製化化處理器。

客製化SoC處理器代表了整個晶片行業的未來：從應用系統需求誕生出創新的功能晶片，然後功能晶片被客製化SoC處理器吸收進去，甚至新的創新功能被直接整合進SoC處理器，這個過程將會一再重複而且週期越來越快。

同時，近年來逐漸放慢的通用處理器效能進步，也讓業界對客製化SoC處理器的效能優勢要求逐漸放低，類似更貴的石油會推動新能源的發展是同樣的道理。

但是，客製化SoC會要求晶片設計週期和設計成本要求不斷優化，因為終端產品公司的創新是基於軟硬體協同的系統級優化，這種創新帶來的成本降低比深度優化晶片設計潛能更大，所以晶片快速、低成本地實現並部署到產品內更加重要。

上面提到的這些需求，對晶片設計和製造產業鏈提出了更高的要求，對晶片產業鏈上游的EDA廠商也提出了更高的要求。如何大幅改進目前的EDA流程，減少對人工投入的依賴，加速晶片設計流程，降低晶片設計成本，這正是中國EDA公司的機會。