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群众的小芯片

小型技术和商业上可行,但尚未获得大多数市场。生态系统如何建立?

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Chiplets是一种引人注目的技术,但到目前为止,它们只有在行业中选择的少数玩家可用。这种情况正在改变,而且业界已经采取了一些步骤来实现这一目标,但是什么时候你能买到一个集成到你的系统中的芯片组仍然是不确定的。

虽然继续开发新的制造节点,但缩放即将结束,以其用于物理或经济原因。许多行业段要求较高的晶体管计数速率增加,而不是这些新的制造节点的可以提供。你不能在不影响产量的情况下成长死亡,并且在3nm开发芯片的成本是奢侈品的奢侈品。对于在Mega-Millions中没有数量的行业段,这将它们留在束缚中,并且小芯片提供一个合理的解决方案。

在封装中集成芯片的概念并不新鲜。“人们想要简化他们的设计,或使它比PCB更小,或使用更少的电力,”John Park说,他是IC封装和跨平台解决方案的产品管理小组主任韵律。“他们将骰子从个体包装中取出并将它们放在单个基板上 - 通常是层压板,有时陶瓷 - 并且它们在该裸模水平上工作以构建更小,低功耗的PCB。我们称之为多芯片模块(MCM),或系统包(SIP),自80年代末以来,我们一直在这个市场。“

在行业中使用了几个术语,通常以困惑这些问题的方式。“可以简单地将SIP定义为集成到单个包装中的两个或更多个ASIC组件,”Tony Mastroianni,Advanced Packaging Solutions Director西门子eda.。“有许多方法可以实现SiP,包括MCM, 2.5D和3D封装技术。MCM方法集成了安装在封装衬底上的多个标准ASIC组件。2.5D方法将ASIC组件安装在硅或有机插补器上,并通过插补器包括两个或多个插补器之间的模对模连接。3D方法允许ASIC组件在Z维空间进行堆叠和互连。”

那么,这是偏离了摩尔定律,还是它的延伸呢?“即使在今天,我们仍在遵循戈登•摩尔的建议,”麦肯锡可编程解决方案集团(Programmable Solutions Group)首席技术官办公室高级总监何塞•阿尔瓦雷斯(Jose Alvarez)表示英特尔。1965年,他写了一篇很短的论文,四页,关于后来被称为摩尔定律的东西。他在第三页上说,事实可能证明,将较小的功能单独打包并相互连接起来,构建大型系统更经济。“瞧,这就是我们今天所拥有的先进包装技术。所以,在某种程度上,这只是戈登要求我们做的事情的延续。”


图1:MCM/SiP向Chiplets的迁移。来源:节奏

chiplets的不同之处在于它们是为集成在一个包中而专门构建的。美国国防部高级研究计划局(DARPA)用他们的芯片项目启动了这一项目,因为国防工业基地的体积更小,不能收回5纳米设计的NRE。他们的chiplet的概念是一个物理上实现的IP块,周围有一个包装。

但这不是我们今天的位置。“Darpa的愿景是正确的,这是一个在全球设计团队中获得教育水平的问题,”芯片联盟执行董事Rob Mains说。“他们需要了解利益,行业需要提供一定程度的保证,即它将产生有效的结果。”

Marc Swinnen,产品营销总监ansys.对此表示赞同。“这是一个合理的技术想法,有一些组织试图让它实现。这样的组织odsa.组建多个小组委员会,让芯片达到足够的标准化,这样商业市场就能有效参与进来。”

关键是标准。“这是一个不断发展的生态系统,”SerDes的高级产品经理曼米特•瓦利亚(Manmeet Walia)表示Synopsys对此。“这是一个碎片的生态系统。整个概念被问题的经济学创作,主要由DARPA,但这不是我们最初看到市场发展的地方。这是问题的物理学,死亡越来越大。您需要缩放计算能力,以便执行拆分管芯。“

市场段驱动程序是涉及计算的任何东西。“关键驾驶员真的很高的性能计算,”Synopsys的产品营销总监Kenneth Larsen说。“这就是基于小杉的设计似乎正在增长的地方,它有机会成为下一个新的抽象。今天他们不是根据标准的。“

您只需查看芯片的图片即可看到它正在成功使用。“I look at the pictures of Intel’s new chips, and it turns out there are eight compute tiles that could be called chiplets, put together with some strips in the middle that contain cache and interconnect tiles,” says Michael Frank, fellow and system architect at动脉IP.。“它全都坐在硅衬底上。有一个值得金钱的地方,值得努力。但是,这种范式必须建立在标准之上。它需要覆盖电气属性,通信,物理属性等。您无法为每个公司构建不同的小芯片。无论你是如何看待它,它仍然是一个芯片,你必须通过通常为磁带的所有步骤进行。“

如果皱纹可以制定出来,该技术适用于许多其他领域。“某些设计的某些部分可能适用于较旧的节点和一些用于较新节点的部分,”Synopsys'Larsen说。“巨芯的一些价值将来自能够在最佳技术中设计您的IP。或者您可以在改进PPA的同时维护固定接口,或通过维护设计部分,或者在您将另一个部分迁移到更新的节点中,以便您将另一个部分迁移到更新的节点中,以便您可以获得更高的计算密度。“

随着连接设备的日益普及,5G芯片可能是一个使能器。“我确实相信,这将为较小的公司创造一个机会领域,特别是对物联网设备,”CHIPS Alliance的市容说。“如果你是一家初创公司,你可以将你的新技术与某种类型的5G芯片结合起来,并将其打包。”

行业地位
现在的行业在哪里?“在大多数情况下,一家公司拥有链接的双方,”Synopsys的瓦利亚说。“他们不关心行业范围内的标准。英伟达有他们所谓的NVLink, AMD有他们的Infinity fabric,高通有Qlink,英特尔有AIB等等。他们都有自己的专属链接。现在,随着生态系统的发展,有必要制定标准——很多方面都在进步。”

标准并非所有的目标。“巨大差距是小芯片的商业化,”Cadence的公园说。“我们已经拥有硬度和柔软的IP,这将是第三种味道 - 一个小芯片,你就可以采购这个物理设备并将其放在插入器上,或者层压物,或堆叠它,或者做任何事情。包装技术有点独立于此。小孔的活力更多地有关逻辑分区。缺失的部分是提供IP的公司。他们会在这个商业模式切换到这个商业模式,在那里他们实际建立这些东西并将它们存储在仓库中吗?答案可能是没有。谁将为仓库提供商业模式的概念,以存储所有这些小芯片,他们将要制作它们,这将分配它们,这是一个有意义的成本模型尚未建立。“

也许这跳得太远了。Cadence IP集团产品营销总监Wendy Wu说:“作为一个IP供应商,我们的目的是为插口接口销售一个独立的PHY IP。”“我们可以预见,未来我们将销售一款完整设计的耳机。这可能是一个PCIe芯片,在一边有PCIe SerDes,在另一边有die-to-die (D2D) PHY。那里可能有个控制器。今天,我们有这些ip作为单独的产品,但我们一直在考虑把它们放在一起作为一个集成电路的统一设计。我们没有能力生产这种插销。我可以看到IC公司今天正在建造标准产品,包装产品,潜在制造芯片和成为芯片的供应商。他们需要看看这个市场是否足够大。”

挑战可以分开。“设计标准化挑战可以归纳为功能,足迹和签署,”罗伯阿特肯说,以及技术总监武器研发小组。根据艾特肯的说法,细分如下:

  • 功能。小芯片所做的是明显的关键,但是小芯片与整体系统架构的关系很重要,“Aitken说。“对另一个设备的替换是不同的尖峰(因为它们在内存中),或者它们是否执行类似的任务,而是用不同的软件接口,时钟频率,电源域,散热等?在任何一种情况下,明确的规格,模型和验证都将对包括它们的小孔和3D组件的成功开发至关重要。
  • 足迹。“HBM标准规定了针脚和功能的特定排列。标准化的逻辑小芯片需要相同的东西,标准化由物理层定义(当通过与连接点关联的协议上方的协议定义)。面对硬IP模型(纵横比,引脚位置,测试等)的挑战在尖峰中具有类似物。尽管小芯片允许在区域上进行连接,但“海滨”(每毫米沿着模具边缘的每秒位数)对于接口性能而言将保持重要的是,因为巨头模具可能是占地面积的方式。虽然存在支持3D的协议和引脚标准,但尚未提供完整的逻辑芯片占用标准。
  • 签收。虽然一直继续,很多工作要轻松添加chiplets tapeout过程的复杂性,还没有普遍同意的解决方案,包括如何把功能和责任产生的最终装配对象,分享权力,热,等跨chiplet边界之间的供应商。

努力解决这些问题的唯一方法是通过这样做,并找出摩擦点的位置。“今天的小芯片是商业上可行的,即使来自多种硅供应商也是如此,”英特尔的Alvarez说。“AIB界面的标准化在实现新兴生态系统方面一直是至关重要的 - 它正在出现。它没有完全发展,但它正在出现并朝着正确的方向移动。“


图2:基于AIB的微联体多样性生态系统。来源:英特尔

英特尔提供了一种正在形成的生态系统的证据(见图2)以解决问题。“这个想法真的是今天建立半导体的更加灵活和灵活的方式,这顺便说明,这就是DARPA对此感兴趣的原因,”Alvarez增加了。“你看到已经开发的许多小芯片正在制定,正在制作中,其中一些我们已经上电,其他人正在上电。它来自许多技术和奖学品,所以这真的是我们为这一生态系统的理念 - 成为技术和铸造伪造者。“

鸡和蛋的问题
新生态系统的发展呈现出鸡肉和蛋问题。首先是,人们可以集成到他们的设计中的IP组合,或要求盗贼的可用性的系统公司?“这将是一个缓慢的演变,”公园说。“你会看到小芯片开始涓涓细流。这将是一个缓慢的进展,并且随着摩尔的法律缩放结束,人们完全放弃了单片SoC的概念,并转到这些多巨头设计?“

也许中间的步骤是合乎逻辑的。Ansys的Swinnen说:“没有人确切知道,但一个可信的情况是,最初的chiplet系统将用标准的模具来建造。”“它们不会被严格地视为晶片,但它们将像我们看到的晶片一样——裸模通过紧密连接层直接连接。如果你有这样一个系统,并且它变得足够受欢迎,那么你就可以看到它被重新设计成一个chiplet。它们减少了I/O驱动程序,增加了本地邻居的带宽。这将是一个混合系统,所以其他芯片仍然是标准构建,但至少有一个插口。然后这可能会让我们开始行动。”

为了发展的生态系统,市场必须足够大。“就像是HBM.记忆有足够大的市场,要求统一,“吴说。“人们正在谈论完整的包光学。可能有光学尖峰的应用程序。界面有一个标准 - XSR - 并且有足够的人试图定义光学接口。这是一个非常有限的应用程序,拥有足够大的市场。它绝对可以发展成为开放式市场商业模式。“

结论
通过专有系统,芯片的可行性和价值已被证明是毫无疑问的。下一步要复杂一些,因为既有技术问题也有业务问题需要解决。最初的步骤表明,行业、美国政府和标准机构都准备好迎接挑战,因为这将成为摩尔定律延伸到未来的方式。事实上,整个行业都依赖于此,即使今天它为少数人提供了竞争优势。

下个月:芯片的标准、工具和生态系统的现状。

有关的
设计2.5D系统
使用插入器连接DIES需要新的和修改的流程,以及组织变化。
Chiplet面临许多挑战
从物理IP组装系统是获得心态,但在这将​​在工作之前需要解决技术,业务和后勤问题。
等待小芯片标准
一个生态系统需要使芯片成为长期成功的可行策略,生态系统是围绕标准建立的。这些标准今天才开始出现。



2评论

bill 说:

布莱恩,
我不设想一个独立的“Chiplets ' R Us”类型的公司。铸造厂是这样一个自然的地方,因为他们有模具银行,KGD已经存储在小托盘/容器,可以堆叠。

早在80年代,这是储存材料以备将来使用的首选方法。这些堆叠的托盘被运往我们的海上组装地点包装,然后送回我们进行品牌和最终测试,然后再发货给客户。是的,早在一个完整的OSAT生态系统建立之前。

该机制已经存在于铸造中,为最终客户提供小芯片。现在重要的是:铸造厂家为客户销售最终产品,他们提供了这些IC的营销和销售。这将使代工厂变成一个名叫客户可以从(这可能只是来自Chiplet所有者或Chiplet所有者提供权利和某些佣金为此服务的佣金)。

所有它所需要的是将其与铸造(台积电)扩展合同的大型IP播放器(SNP)是这样的,以实现并根据每单位销售IP的销售开辟新的市场。

所有的市场都需要一些市场,为商业市场创造一个雪崩的雪崩。

RajV 说:

铸造厂的这些可堆叠托盘还在使用吗?这将增加大量的成本来维持这样的库存,而不知道它们何时会被使用。

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