論文の概要: DarwinWafer: A Wafer-Scale Neuromorphic Chip

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.16213v1
• Date: Sat, 30 Aug 2025 00:22:09 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-28 15:30:14.330738
• Title: DarwinWafer: A Wafer-Scale Neuromorphic Chip
• Title（参考訳）: ダーウィン・ワファー:ワハスケールのニューロモルフィックチップ
• Authors: Xiaolei Zhu, Xiaofei Jin, Ziyang Kang, Chonghui Sun, Junjie Feng, Dingwen Hu, Zengyi Wang, Hanyue Zhuang, Qian Zheng, Huajin Tang, Shi Gu, Xin Du, De Ma, Gang Pan,
• Abstract要約: 我々は,300mmシリコンインターポーサ上に64個のDarwin3チップレットを高密度に統合し,オフチップ配線をウェハスケールで置き換えるハイパースケールシステム・オン・ウェハを提案する。 各チップレット内のGALS NoCと階層的な時間ステップ同期を備えたAERベースの非同期ウエハファブリックは、ウエハをまたいだ低レイテンシでコヒーレントな動作を提供する。 DarwinWaferは100Wを消費し、64TSOPSピークスループット(0.64TSOPS/W)で4.9pJ/SOPを達成する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 43.876109856399886
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Neuromorphic computing promises brain-like efficiency, yet today's multi-chip systems scale over PCBs and incur orders-of-magnitude penalties in bandwidth, latency, and energy, undermining biological algorithms and system efficiency. We present DarwinWafer, a hyperscale system-on-wafer that replaces off-chip interconnects with wafer-scale, high-density integration of 64 Darwin3 chiplets on a 300 mm silicon interposer. A GALS NoC within each chiplet and an AER-based asynchronous wafer fabric with hierarchical time-step synchronization provide low-latency, coherent operation across the wafer. Each chiplet implements 2.35 M neurons and 0.1 B synapses, yielding 0.15 B neurons and 6.4 B synapses per wafer.At 333 MHz and 0.8 V, DarwinWafer consumes ~100 W and achieves 4.9 pJ/SOP, with 64 TSOPS peak throughput (0.64 TSOPS/W). Realization is enabled by a holistic chiplet-interposer co-design flow (including an in-house interposer-bump planner with early SI/PI and electro-thermal closure) and a warpage-tolerant assembly that fans out I/O via PCBlets and compliant pogo-pin connections, enabling robust, demountable wafer-to-board integration. Measurements confirm 10 mV supply droop and a uniform thermal profile (34-36 {\deg}C) under ~100 W. Application studies demonstrate whole-brain simulations: two zebrafish brains per chiplet with high connectivity fidelity (Spearman r = 0.896) and a mouse brain mapped across 32 chiplets (r = 0.645). To our knowledge, DarwinWafer represents a pioneering demonstration of wafer-scale neuromorphic computing, establishing a viable and scalable path toward large-scale, brain-like computation on silicon by replacing PCB-level interconnects with high-density, on-wafer integration.
• Abstract（参考訳）: ニューロモルフィックコンピューティングは脳のような効率を約束するが、今日のマルチチップシステムはPCBを超越し、帯域幅、レイテンシ、エネルギーの大量命令を課し、生物学的アルゴリズムとシステムの効率を損なう。 我々は,300mmシリコンインターポーサ上に64個のDarwin3チップレットを高密度に統合した,オフチップ配線を置き換える超スケールシステム・オン・ウェハであるDarwinWaferを提案する。 各チップレット内のGALS NoCと階層的な時間ステップ同期を備えたAERベースの非同期ウエハファブリックは、ウエハをまたいだ低レイテンシでコヒーレントな動作を提供する。 それぞれのチップレットは2.35Mのニューロンと0.1Bのシナプスを実装し、0.15Bのニューロンと6.4Bのシナプスを持つ。 ソリスティックなチップレット-インターポーラ共設計フロー(内部のインターポーラ-バンププランナと初期のSI/PIと電気サーマルクロージャを含む)と、PCBletsを介してI/Oと準拠するポゴピン接続をファンリングするワーフページ-耐性アセンブリによって実現され、堅牢で取外し可能なウェハ-ボード統合が実現される。 応用研究では、高接続率のゼブラフィッシュ1個当たりの2つの脳(Spearman r = 0.896)と32個のチップレット(r = 0.645)にマッピングされたマウス脳(r = 0.645)のシミュレーションが示される。 私たちの知る限り、DarwinWaferはウェーハスケールのニューロモルフィックコンピューティングの先駆的な実証であり、PCBレベルの相互接続を高密度のオンウェーハ統合に置き換えることで、シリコン上の大規模で脳に似た計算への、実用的でスケーラブルなパスを確立しています。

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