中文 英语

许多Chiplet在前方挑战

通过物理IP组装系统正在获得越来越多的关注,但在此之前还需要解决一些技术、业务和物流问题。

受欢迎程度

在过去的几个月里,半导体工程研究了2.5D和3D的几个方面德赢娱乐网站【官方平台】系统设计,新兴标准而这个行业正在采取的措施是让这种情况更加严重广泛的采用。这最后一篇文章集中讨论了潜在的问题,以及在该技术能够持续推向大众市场之前,还有哪些问题需要解决。

先进的包装被视为保持摩尔法的最可能的道路,但有几个挑战尚未克服 - 而不知不觉的几个潜伏的陷阱。其中一些是技术性,一些业务,以及其他因为今天进行必要的技能,这意味着孤岛可能创造了知识差距。

到目前为止,大部分的重点都在功能上,包括应该如何划分设计,以及如何在逻辑上将它们重新连接在一起。这项工作的大部分出现在几个垂直整合的公司的产品中,这些公司在进行必要的分析时经常使用他们的传统工具链。但这只有在您完全访问设计的所有部分时才有效,这就是为什么idm是第一个使用chiplets

该公司产品营销总监马克•斯威嫩(Marc Swinnen)表示:“这不仅仅是功能上的问题。有限元分析软件。“必须对整个系统的电磁、热、信号完整性、翘曲和机械应力进行分析。它们都必须进行一致的分析,这将推动EDA设计流程的重大变化。”

在包装领域有一系列的开发活动。集成电路封装和跨平台解决方案产品管理组总监John Park说:“与打包相比,集成电路是一种逻辑划分系统的方式,是一种物理上将事物组合在一起的方式。节奏。“在我看来,他们是不同的。一旦你去无碰堆垛,今天的芯片不会起作用,因为他们使用微凸点。你可以把chiplets和3D堆叠的未来分开。它们是松散耦合的,但它们不是一回事。”


图1:使用插入器的基于芯片的系统。来源:节奏

不过,chiplets和3D确实有许多共同的问题。“有很多芯片组装格式,但据我所知,没有一种支持功率或热建模,”Kenneth Larsen说,产品营销总监Synopsys对此。“当你开始把东西堆在一起时,这基本上就是你想要的。热量是一个巨大的问题,为芯片提供能量的功率分配也是一个巨大的问题。”

这个行业就此完全一致。“杀手问题3 d-ic就是功耗,”Ansys的史文宁说。“在芯片行业,温度分析常常是一个事后的想法,尽管它在系统和板级设计中更为普遍。它现在正成为3D设计师的前沿和中心。你需要更复杂的热分析。温度的边界条件,配电网络的电力设定值,这些在这些大的结构中是非常复杂的-所有这些都必须一起模拟,以收敛到一个解决方案。”

热分析也仅仅是个开始。“一旦你完成了功率和热分析,你就可以评估这些元素的膨胀差,”Swinnen补充说。“这引发了关于翘曲、热膨胀和这些设计的机械完整性的问题。”

对于现有的芯片开发团队来说,还有一些未知的未知。芯片联盟(CHIPS Alliance)执行董事罗伯•梅恩(Rob maines)表示:“这些都让后端工程师、物理设计工程师或流程相关的流程工程师在某种程度上感到不安。”“建筑师们会提出一些在纸上听起来不错的想法,但可能并不实用。当你开始引入你的后端人员,包括物理设计团队,电子分析团队,或过程工程团队,包装团队时,这些问题就开始出现了。”

与将小芯片放在一起有几个问题有关。其中一个是关于物理尺寸的。“比特和碎片的大小是一个问题,”迈克尔弗兰克,研究员和系统架构师说动脉IP.。“这可能不是什么小问题2.5 d但它也为3D技术带来了额外的挑战。我们不再处理砂砾。它是沙粒,甚至是灰尘。做电路板更结实。”

处理不仅仅是空间上的。“光学互联论坛(OIF)正在研究这些问题,”曼米特·瓦利亚说,他是Synopsys高速SerDes的高级产品经理。“他们正在定义静电放电以ESD (ESD)标准为例。它比现有的芯片对芯片环境要轻得多,保护措施也少得多。”

芯片的灵敏度和健壮性需要特殊处理。阿特里斯的弗兰克说:“在运输过程中,为了保护它们,它们必须被放在干氮中。”“每件事的规模都不一样,但建立了数百万个系统的人可能能够处理它。看看现有的保护芯片的机制。如果你有一个5纳米的芯片,你不能接近它,甚至3V,因为氧化物不能维持它。另外,这些芯片的ESD保护只有在通电的情况下才会起作用。当它没有通电时,它完全容易受到静电放电的影响。”

另一个被讨论的问题是测试,但至今仍未解决。在装配前如何确保模具良好,以及如何测试完整的装配也是良好的?”内置自检(BiST)一直是soc的重要要求,而chiplets的自我测试能力对系统的可用性至关重要。Mixel。在晶圆级和组装后对芯片进行测试是强制性的。其他应用的测试要求也类似,比如汽车和医疗。”

芯片需要不同的测试方法。瓦利亚说:“知识产权必须带有大量测试和诊断功能。”“他们必须这么做,因为没有什么东西能脱离死亡。所有的测试都需要在模具内完成。即使当我们看我们自己的测试芯片,我们自己的封装测试芯片,连接器上什么也没有出来。一切都是在骰子里完成的。它们提供了许多测试特性,而不仅仅是标准的BiST和环回。我们有很多不同的方法来对这些ip进行压力测试,比如扫描参考资料和电压以及无损的眼睛。在测试和已知的好问题之上,我们还必须建立冗余,因为一旦你建立了一个完整的包与一个插入物或有机衬底,每一个是100美元。甚至当你把这些包裹放在一起的时候,在这个过程中也会有电线断裂。”

除了行业解决方案外,DARPA的项目也试图解决其中一些问题。“最先进的异构集成原型(SHIP)项目包括能够创建所有封装和测试所需的技术,”Jose Alvarez说,他是可编程解决方案组CTO办公室的高级主任英特尔。“然后是快速保证微电子原型机(RAMP),它正在寻求改进微电子物理后端设计方法。这发出了一个明确的信息,即美国政府非常鼓励国内半导体行业达到长期可持续发展的水平。”

改变IP
芯片当然带来了新的挑战,但也为知识产权产业提供了新的机遇。“由于2.5D芯片不会从根本上改变大多数组件IP的本质,如cpu、gpu或npu,因此这种IP的设计或验证方法没有变化,”Peter Greenhalgh说,他是该公司的技术副总裁手臂。“对于相干互连设计和验证,需要一些额外的步骤来确保在芯片环境下的可扩展性,但这并不重要。随着产业转向3D整合,我们将有更多机会去分割IP。”

额外的型号需要进行这项工作。“你需要能够向其他一些公司发送一个小芯片,并使其充分描述,因此它们可以将其密切地集成到他们的设计中,”Swinnen说。“与此同时,您需要保留您的IP。这与今天销售的IP没有如此不同,在那里您还有NDAS和可以解决的专有问题。有技术问题和一些法人。并且必须有技术标准,人们可以创建周围的市场。“

这些市场尚不存在。“钟表目录中应该是什么类型的信息?”询问Ansys的主要应用工程师Chris Ortiz。“有标准吗?需要有哪些信息进行热分析或功率分析?这是必要的信息,可以帮助人们决定他们可以使用什么类型的包装。如果它相当简单,他们可能只需要看热量并得出结论,他们可以使用一些相当便宜的包装。或者,您是否需要使用更昂贵的电影(TSMC的芯片上晶圆上的基板)设计,或硅插入器类型的设计?“

当制造和处理问题与知识产权相结合时,甚至不清楚谁将是知识产权公司。Cadence IP Group产品营销总监Wendy Wu说:“设计公司可能已经在销售芯片了。”这些是我们今天的IP客户,现在我开始看到他们在研究插花部分。他们要求我们提供一些接口IP,然后将其与他们的核心IP结合起来。他们可以从知识产权公司购买设计,然后进行生产、测试,并保持库存。这可能是一个非常可行的模式。”

不仅需要标准,而且可能需要零件的标准化。“OCP ODSA集团是一个行业范围内的协作开发标准,以推动芯片的互操作性从独立供应商,”Tony Mastroianni说,高级封装解决方案总监西门子eda.。“他们已经建立了一个芯片设计交换(CDX)工作小组,专注于标准化芯片模型、实施工作流程和测试方法。CDX工作组正在积极研究这些标准,但需要时间来巩固这些标准,提供设计和测试流程,然后被芯片供应商采用。”

商业模式
薯片的商业模式高度依赖于市场规模。“你需要一个生态系统和基础设施来提供单个芯片,”弗兰克说。“这个市场够大吗?想想做衬底、制造芯片——成本高得令人望而却步,尤其是在先进技术方面。”

由于出现了多个接口标准,这就更加困难了。“如果你设计的东西基于,例如,束线(BoW),那么它不能在任何其他环境中使用,”Swinnen说。“你不能把同样的插花用普通的包装在正常的市场上出售,因为它只在插花的情况下有效。你必须针对特定市场设计芯片,这就产生了先有鸡还是先有蛋的问题。除非有市场,否则谁会这样设计芯片呢?如果没有芯片,谁会去建立一个市场呢?”

大公司想要实现这一点。英特尔的阿尔瓦雷斯说:“我们需要建立一个更大的生态系统,以真正接管这个行业,这是我们感兴趣的。”“这就是我们对开源感兴趣的原因。这就是我们有兴趣与芯片联盟合作的原因。”

工具和流
今天建造的工具和方法主要占据现有功能。“除了标准化的模型和测试方法以及建立的小芯片生态系统之外,EDA供应商需要提供更全面的集成设计流程解决方案,以实现更广泛的设计社区,”西门子的Mastroianni说。“这将包括整合系统级设计和验证,高级包装设计和分析,IC设计和分析,以及DFT和测试工具,方法和基础设施。单个EDA供应商不太可能为所有这些技术提供最佳的解决方案,因此可能会占用开放,可配置的方法。这将是一个艰难的挑战,促进基于广泛的3D解决方案将更具挑战性。“

同化表示同意。“我不认为行业会通过现有工具和一些附加功能来实现这一目标,并期待它能够处理3D-IC。这是电子设计自动化市场的下一个拐点。过去我们也遇到过拐点,比如IP的加入。finFET是一个技术转折点。3D-IC设计是下一个拐点,它很快就会出现在你的项目中。”

这里可能也需要思维方式的改变。“如何EDA业界不仅在3D领域提出了更大的概念,而且在这种细分环境中也提出了更大的概念。”“它如何使设计以更敏捷和灵活的方式构建?”它如何能比我们今天更好地进行市场推广?”

最重要的是,这些工具必须能够处理更大的环境。“一个问题是能力,”Swinnen说。“虽然我们今天拥有的一些非常大的芯片需要非常密集的计算来分析,但现在你将把三到四个芯片放在一起,再加上一个干扰器,然后一起分析所有的东西。这进一步引发了产能问题。我们谈论的是电磁效应,通常是非局部的,比如方块周围的保护环或模具周围的耦合。它们都有非局部的电磁效应。信号完整性变得更加复杂。这不仅仅是芯片,还包括干扰器、TSV和封装——所有这些都必须集成在一起。”

就像经常发生的那样,抽象可能是工具和IP前进的道路。“这些系统的规模需要一定程度的抽象,特别是当你着眼于热能时,”斯维嫩补充道。“对于3D封装分析,你不需要知道每个栅极的热数据,但你需要知道芯片如何反应,以及芯片的哪个区域会变暖。这就产生了降阶模型(rom)。这些绝对是IP提供商和集成商之间分析和交换数据的完整图景的一部分。”

结论
尽管要想进入完整的、商业上可行的竹片市场,以及能够充分利用竹片的系统设计还存在许多障碍,但行业中有相当一部分人希望看到这一点的实现。创建软IP市场并不容易,但它彻底改变了整个行业。同样的情况也适用于芯片形式的物理IP。没有任何挑战是不可克服的,而且一些障碍已经在消除。

但是,在小芯片之前将是多长时间的行业的一个组成部分并不清楚。我们可以期望在几年内看到重大的公告,尽管它不确定将推动它成为创建系统的主导方式。一些重要人士相信这个概念,但今天还有更多坐在篱笆上。

相关的
设计2.5D系统
使用插入器连接模具需要新的和修改的过程,以及组织变化。
等待Chiplet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。
群众的小芯片
Chiplets在技术上和商业上都是可行的,但是还没有进入大多数市场。生态系统是如何建立起来的?



留下一个回复


(注:此名称将公开显示)