3nm挖礦ASIC，實現亞閾值運行

本文由半導體產業縱橫（ID：ICVIEWS）綜合

第三代挖礦芯片Kamikaze III的能效將達到10.45 J/TH。

日本加密貨幣挖礦ASIC公司Triple-1即將流片其第三代比特幣挖礦芯片Kamikaze III，該芯片基于臺積電3nm工藝技術制造。Triple-1總裁兼首席執行官Takuya Yamaguchi在接受采訪時表示，得益于實現亞閾值（sub-threshold）運行的專有技術，Kamikaze III的能效將達到10.45 J/TH，公司還計劃將該技術應用于即將推出的AI加速器芯片中。

Yamaguchi于2016年創立了Triple-1，公司于2018年推出了基于臺積電7nm工藝的第一代Kamikaze挖礦芯片。第二代挖礦芯片于2020年與一款內部研發的AI加速器測試芯片一同推出，兩者均采用臺積電5nm工藝。

Yamaguchi表示，由于加密貨幣價值下滑，挖礦芯片市場變得困難重重。Triple-1于2021年開始與日本電力巨頭東京電力公司（TEPCO）展開合作。

Yamaguchi提到，在福島核事故后，日本公用事業公司在可再生能源發電（主要是太陽能）方面投入巨資，但可再生能源通常依賴于天氣，具有不可預測性。過剩的電力供應要么被儲存，要么被浪費，而在2018年，由于電池成本高昂，這些電力通常都被浪費了。

Triple-1與TEPCO的合作引領公司走向了兩條道路：一是與TEPCO子公司Agile Energy合作，在邊緣端部署挖礦服務器，即靠近發電端，且僅在電力過剩時使用；二是同時開發固態電池產品。

“我們不僅專注于半導體設計，”Yamaguchi說，“縱觀市場，一切都是緊密相連的：發電、基礎設施與傳輸、能源存儲與供應——它們都與數據中心息息相關。”

能源存儲

“波動的能源供應是全球所有電力公司面臨的巨大問題，”Yamaguchi補充道，“既安全又廉價的高性能電池對于未來建立更安全、更穩定的電力市場至關重要。”

該公司有一個獨立的內部團隊致力于固態電池的開發。Triple-1的固態電池能量密度已超過280Wh/kg。

“我們不僅與東京電力，還與日本以外的電力公司和政府進行了深入探討，以利用這種電池，”Yamaguchi說。

與西方的“網狀”電網不同，日本的電網呈“魚骨狀”結構，即支線從主干線引出。魚骨狀電網尤其容易發生擁堵，但這兩種電網拓撲結構在郊區都使用較細的電纜，既不適合承受電網的高負荷，也不適合傳輸郊區太陽能設施所發的電。

“電力公司投資這種電纜成本非常高昂，”他說，“在當地存儲能源，或者利用過剩能源運行數據中心，可以增加價值……正因如此，與這些參與者合作非常契合。”

Triple-1希望將其電池和邊緣挖礦服務器推向亞洲及世界各地的政府和公用事業機構。

能效表現

在邊緣部署挖礦服務器依賴于高能效。Triple-1通過使用最先進的制程節點以及采用專有的亞閾值設計技術來實現這一目標。

Kamikaze III將基于臺積電3nm工藝制造。身為日本企業賦予了Triple-1優勢，因為該公司可以自由使用這些先進工藝節點。

“Triple-1是中國以外唯一成功開發此類芯片的廠商，”Yamaguchi說，“即使是美國的大型企業也沒能做到這一點。因此，我們在市場上具有一定的獨特性。”

加密貨幣挖礦芯片是代工廠在新工藝節點上的熱門“試金石（pipe-cleaner）”，即利用新工藝節點生產的首批產品。部分原因是挖礦芯片不包含任何高速接口IP、編解碼器IP或SRAM，而這些部分通常需要單獨驗證和測試。這類芯片架構相對簡單，只有單一時鐘。它們通常也是體積較小、良率較高、產量較大的部件。這有助于像Triple-1這樣的公司盡早獲得使用新工藝節點的機會。

Yamaguchi表示，Triple-1計劃在未來幾年與其先進工藝節點方面的新興日本代工廠Rapidus合作，旨在為客戶提供一種僅限日本供應鏈的選項。

亞閾值技術

Triple-1已在多代挖礦芯片中使用了亞閾值運行技術。對于Kamikaze III，Triple-1的目標工作電壓為0.26V。

如今的亞閾值設計已超出了自動化EDA工具的能力范圍。因此，Triple-1的設計實現依賴于其對臺積電PDK的額外表征、定制單元設計以及手動布線，這些共同構成了該公司IP的重要組成部分。

“我們技術的優勢在于能夠在控制風險的同時，最大限度地降低功耗和成本，”Yamaguchi說，“在確保芯片功能后，我們的首要任務是低功耗，其次是成本，最后是溫度。如果熱要求不是極度嚴格，我們會為最終系統選擇風冷。如果熱要求異常苛刻，我們將選擇液冷以確保芯片始終正常運行。”

其他的溫度緩解技術包括低功耗模式，如睡眠和深度睡眠模式，這可以擴大芯片的環境溫度適應范圍。如果已知的環境溫度分布情況明確，可以在設計階段引入特定的運行模式。此外，還可以采用先進技術，如軟硬件協同設計，即感知溫度并反饋以實現運行模式的動態切換。

Yamaguchi指出，隨著挖礦芯片尺寸的減小（因為較大芯片在亞閾值電壓下會限制時鐘速度），亞閾值已成為一種可行的技術，并提到每塊板上使用了多個小芯片。

下一代AI

Triple-1的亞閾值技術能否應用于未來的AI芯片？AI芯片能否部署在邊緣，例如太陽能發電場內部或附近，利用過剩能源生成大語言模型（LLM）的Token？

Yamaguchi表示，事實上許多挖礦公司已經將重心轉向AI。（例如，云公司IREN正從挖礦公司轉型為AI云公司，并于近期與微軟簽署了97億美元的協議。）

“挖礦廠商正致力于開始與美國超大規模云服務商合作，”Yamaguchi說，“有一個關鍵原因：挖礦公司與當地電力公司簽訂的電力合同。”

如今，有10-12GW的容量，約占整個數據中心行業電力足跡的15%，被用于加密貨幣挖礦。Yamaguchi說，這些公司已經從電力供應商那里談下了優惠的價格，這對AI公司來說極具吸引力。

他補充道，Triple-1與挖礦公司現有的關系，結合其分布式計算方法以及對其他被忽視電源的利用能力，可能成為未來與AI公司合作的競爭優勢。

“我們目前的重點在挖礦方面，而非AI，但一旦市場有需求，我們可以輕松轉向AI，”Yamaguchi說，“郊區數據中心是AI的近期未來，而不是集中的基于GPU的超大規模數據中心。為了讓全國都能使用AI服務，我們需要在本地進行部署。”

2020年，Triple-1制造了一款5nm AI加速器測試芯片Goku。該芯片使用了內部設計的訓練NPU，在FP16精度下實現了10 TFLOPS/W的性能，但并未應用公司的亞閾值設計專長。不過，這些技術可以結合用于未來的AI芯片，特別是如果能利用亞閾值的高可靠性與AI推理較低精度要求之間明顯的協同效應。

Yamaguchi表示，對于像AI芯片這樣的未來應用，亞閾值運行可能僅應用于芯片上的特定模塊，以緩解時鐘速度問題。

亞閾值面臨的另一個問題是SRAM，眾所周知它在低電壓下不穩定。Kamikaze挖礦芯片不使用SRAM，部分原因是使用非常先進的工藝節點意味著SRAM尚未針對目標工藝節點進行充分表征。Yamaguchi指出，無論如何，對于現代finFET工藝而言，這一問題已大大減少，公司預計這不會成為未來亞閾值設計（包括SRAM）的問題。

未來Triple-1 AI芯片面臨的挑戰還包括互連。像AI芯片一樣，挖礦芯片也是多核的，但這些核心是獨立工作以執行相同的哈希計算。這與AI加速器相反，后者需要核心協同工作處理單一的大型問題。因此，雖然核心對核心以及芯片對芯片的互連對挖礦并不關鍵，但對AI加速器而言卻至關重要。

Yamaguchi表示，Triple-1的路線圖上有商業邊緣AI推理芯片，但利用分布式計算生成AI Token是否合理仍在討論中。

Yamaguchi說，在此期間，Triple-1將尋求與亞洲及更廣泛地區的政府和公用事業機構合作，通過銷售芯片或與合作伙伴共同提供服務器或更高級別的解決方案，將其分布式計算基礎設施概念商業化。

*聲明：本文系原作者創作。文章內容系其個人觀點，我方轉載僅為分享與討論，不代表我方贊成或認同，如有異議，請聯系后臺。