李伟● 英特尔DCAI部门首席架构师 工程师，技术主管，清华大学创新领军工程博士，拥有多项专利、专著，中国计算机学会C CF体系结构和集成电路专委会执行委员。冯寅潇● 字节跳动 芯片架构工程师博士毕业于清华大学交叉信息学院。陈欣民● ??SoC 架构设计师、片上互联设计专家长期深耕芯片架构与片上互联关键技术研发， 多款高性能CPU芯片、高速交换芯片的片上互联方案设计、技术攻关与工程化实现。授权 外发明专利十余项。李东声● 处理器架构师专注于高性能处理器架构设计与关键技术研究。参与和 多项高性能CPU与NPU架构以及SoC设计，商用产品涉及服务器、移动终端、边缘计算等多个领域。授权 外发明专利十余项。徐鹏● ?工程师清华大学创新领军工程博士，清华大学技术创新研究中心兼职研究员，南京航空航天大学行业导师，北京芯力技术创新中心书记。 ???????????????《高性能集成电路SoC设计 ——片上网络和Chiplet关键技术》系统解析后摩尔时代集成电路，特别是高性能SoC芯片架构设计的核心方法与技术路径。从高性能SoC设计的关键技术基础出发，深入探讨片上网络（NoC）的性能分析、拓扑结构、路由算法、死锁规避机制等，以及小芯片（Chiplet）的异构集成、 封装、互连模式与接口协议；进一步探讨了NoC的接口协议、关键构件设计和安全与可靠性设计；结合Intel、AMD、ARM、NVIDIA 等商用高性能 SoC 芯片，深入分析了其片上网络和小芯片的方案特点和架构“哲学”； 展望了互连技术的融合与发展，探讨了技术演进趋势、融合挑战、新应用驱动与未来技术展望。通过构建“架构_系统_设计”的完整知识体系，为高性能集成电路设计提供理论支撑和实践启发。《高性能集成电路SoC设计 ——片上网络和Chiplet关键技术》面向系统和芯片架构师、片上互连和小芯片的相关从业人员，可作为集成电路与计算机体系结构领域研究者的参考资料，亦适合高校相关专业的师生及普通爱好者阅读，助力读者掌握异构计算时代的关键技术脉络，洞察集成电路自主创新的前沿趋势。 ???????????????前言?第1章 高性能 SoC 关键技术基础?1.1 ?高性能 SoC 设计基础?1.1.1 ?SoC 设计的发展历史?1.1.2 ?高性能 SoC 架构设计?1.1.3 ?工艺节点的发展?1.2 ?片上网络设计基础?1.2.1 ?片上网络的前世今生?1.2.2 ?片上网络在系统互连中的地位?1.2.3 ?片上网络的分层模型?1.2.4 ?片上网络的分类和应用场景?1.3 ?Chiplet 架构简介?1.3.1 ?Chiplet 架构发展历史?1.3.2 ?Chiplet 架构的定义与相关概念?第2章 片上网络设计与系统设计?2.1 ?片上网络与系统架构的关系?2.1.1 ?片上网络的基本构件简介?2.1.2 ?片上网络对系统设计的深入影响?2.1.3 ?系统架构对片上网络的功能需求?2.1.4 ?现代片上网络的系统附加功能?2.2 ?片上网络的性能分析与优化?2.2.1 ?性能分析与评价指标?2.2.2 ?性能分析的建模与评估工具?2.2.3 ?性能优化的技术与策略?2.3 ?片上网络的路由器交换模式与服务优先级?2.3.1 ?路由器的交换模式?2.3.2 ?交换服务优先级（QoS）?2.4 ?片上网络的消息传递机制?2.4.1 ?消息传递机制和同步机制?2.4.2 ?抢占机制及原子操作?2.5 ?片上网络的死锁和活锁应对机制设计?2.5.1 ?死锁问题?2.5.2 ?应对死锁的策略?2.5.3 ?活锁问题?2.5.4 ?应对活锁的策略?第3章 片上网络的接口协议?3.1 ?接口协议概述?3.1.1 ?定义接口协议的原因?3.1.2 ?接口协议的评价指标?3.2 ?接口协议的分类?3.2.1 ?一致性接口协议和非一致性接口协议?3.2.2 ?基于总线通道的接口协议和基于数据包的接口协议?3.3 ?常见的片上网络协议?3.3.1 ?x86 架构的 FSB 和 QPI 总线概述?3.3.2 ?ARM 架构的 AMBA APB ?AHB ?AXI CHI 总线?3.3.3 ?常见高速 IO 总线 PCIe CXL Ethernet?3.3.4 ?常见低速 IO 总线 I2CSPIUART?第4章 片上网络的关键构件设计?4.1 ?拓扑结构原理与设计?4.1.1 ?拓扑结构的特性?4.1.2 ?传统的拓扑 —BusCrossbarClosButterflyFat TreeDragonfly?4.1.3 ?环形拓扑（Ring） 网格形拓扑（Mesh） 圆环形拓扑（Torus）?4.1.4 ?3D 拓扑举例 — 三维网格拓扑?4.2 ?路由原理与设计?4.2.1 ?确定性路由设计?4.2.2 ?无状态路由设计?4.2.3 ?自适应路由设计?4.2.4 ?路由算法的实现?4.3 ?流量控制原理与设计?4.3.1 ?资源、消息和 Flit 概述?4.3.2 ?无缓冲设计?4.3.3 ?带缓冲的流控机制?4.3.4 ?虫洞与虚拟通道?4.4 ?片上网络的实现?4.4.1 ?网络规模与扩展性的挑战?4.4.2 ?通信负载模式与可控制性的挑战?4.4.3 ?工作频率与后端实现的挑战?第5章 片上网络的安全与可靠性设计?5.1 ?片上网络的安全性设计?5.1.1 ?功能安全设计?5.1.2 ?可靠性设计?5.1.3 ?信息安全设计?5.2 ?片上网络校验和容错机制简介?5.2.1 ?校验与纠正方法设计?5.2.2 ?奇偶校验设计?5.2.3 ?容错方法设计?5.3 ?片上网络的加密算法设计简介?5.3.1 ?NoC 的对称加密算法设计?5.3.2 ?NoC 的非对称加密算法设计?5.3.3 ?NoC 的轻量级加密实现?5.4 ?设计实例分析?第6章 Chiplet 架构与设计?6.1 ?Chiplet 封装技术介绍?6.1.1 ?2D 封装技术介绍?6.1.2 ?2.xD 封装技术介绍?6.1.3 ?晶圆级集成封装技术介绍?6.1.4 ?2.5D 封装技术介绍?6.1.5 ?嵌入式互连桥封装技术介绍?6.1.6 ?3D 集成技术介绍?6.2 ?Chiplet 架构设计?6.2.1 ?Chiplet 集成设计与性能优势?6.2.2 ?Chiplet 模块化设计与成本优势?6.2.3 ?Chiplet 复用与异构?6.3 ?Chiplet 互连网络与传统互连网络的对比?6.3.1 ?Chiplet 互连网络与片上互连网络的异同?6.3.2 ?Chiplet 互连网络与数据中心网络的异同?6.3.3 ?Chiplet 互连网络仿真?第7章 Chiplet 互连模式与接口标准?7.1 ?Chiplet 互连模式与接口设计?7.1.1 ?Chiplet 互连模式简介?7.1.2 ?Chiplet 接口设计?7.1.3 ?Chiplet 接口的测试技术?7.1.4 ?Chiplet 接口的修复技术?7.2 ?Chiplet 异构接口架构设计?7.2.1 ?统一接口架构面临的挑战?7.2.2 ?异构接口架构设计?7.2.3 ?异构接口微架构设计?7.2.4 ?异构接口调度设计?7.2.5 ?异构接口路由算法设计?7.2.6 ?异构接口性能评估?7.3 ?Chiplet 互连接口标准实例?7.3.1 ?Advanced Interface Bus（AIB）介绍?7.3.2 ?Open High Bandwidth Interface（OpenHBI）介绍?7.3.3 ?Bunch_of_Wires（BoW）介绍?7.3.4 ?SerDes 介绍?7.3.5 ?Universal Chiplet Interconnect Express（UCIe）介绍?第8章 高性能 SoC 的互连技术实例介绍和深度解析?8.1 ?Intel CPU 的 NoC 及 Chiplet 方案?8.1.1 ?Intel Ring 总线的演进?8.1.2 ?Intel Mesh 总线的演进?8.1.3 ?Intel Chiplet 总线的演进?8.1.4 ?Intel 的 “以 CPU 为中心” 与 “系统级优化” 理念?8.2 ?AMD ZEN 系列芯片的 NoC 及 Chiplet 方案?8.2.1 ?ZEN 1 架构介绍?8.2.2 ?ZEN 2 架构介绍?8.2.3 ?ZEN 3 架构介绍?8.2.4 ?ZEN 4 架构介绍?8.2.5 ?ZEN 5 架构介绍?8.2.6 ?AMD 的 “模块化灵活性” 与 “跨层级的统一互连” 理念?8.3 ?ARM 公司 Neoverse 架构的 NoC 及 Chiplet 方案?8.3.1 ?ARM 片上网络的发展?8.3.2 ?Neoverse N2 参考设计的整体架构?8.3.3 ?ARM 的 “生态开放性” 与 “低能耗普适性” 理念?8.4 ?NVIDIA 系列芯片的 NoC 及 Chiplet 方案?8.4.1 ?CPU 和 GPU 内部的互连网络简介?8.4.2 ?NVSwitch 互连网络简介?8.4.3 ?NVIDIA 的 “以 GPU 为中心” 与 “互连定义算力” 理念?8.5 ?Tesla Dojo 系统芯片的 NoC 及 Chiplet 方案?8.5.1 ?Tesla Dojo 互连架构介绍?8.5.2 ?Tesla 的 “垂直整合” 与 “ ?化” 理念?第9章 高性能 SoC 互连技术的融合与演进?9.1 ?技术演进趋势?9.1.1 ?NoCChiplet 架构的演进?9.1.2 ?NoCChiplet 性能的突破?9.2 ?系统级融合挑战?9.2.1 ?NoC 与 Chiplet 性能参数不匹配的挑战?9.2.2 ?跨级别互连的 QoS ?流控协同的挑战?9.3 ?新兴应用场景驱动?9.3.1 ?AIDSA 架构的 “有向” 互连需求?9.3.2 ?自动驾驶的 “安全” 互连设计?9.3.3 ?HPC 的并行计算与系统同步?9.3.4 ?云服务的虚拟化与可扩展性?9.4 ?未来技术展望?9.4.1 ?光互连与硅光技术简介?9.4.2 ?互连生态与标准化简介?参考文献