本文由半導體產(chǎn)業(yè)縱橫（ID：ICVIEWS）編譯自semiconductor-digest

芯片技術正以其創(chuàng)新的模塊化設計方法改變電子行業(yè)。

半導體芯片是技術驅動世界的支柱，為從智能手機到支持云計算的服務器等一切設備提供動力?，F(xiàn)代設備的一個明顯趨勢是可用于專門任務的空間越來越小，要求這些設備在有限的物理限制內(nèi)有效處理多個工作負載。半導體行業(yè)正在經(jīng)歷重大轉型。隨著我們不斷突破計算能力、能源效率和成本效益的界限，傳統(tǒng)的單片芯片設計面臨著越來越多的挑戰(zhàn)。進入基于芯片的架構——一種有望徹底改變半導體服務和半導體解決方案的創(chuàng)新解決方案。

小芯片技術以模塊化芯片為核心，這些芯片可以組合在一起形成集成片上系統(tǒng) (SoC)。這些芯片專為基于芯片組的架構而設計，多個芯片組協(xié)同工作以創(chuàng)建統(tǒng)一電路。在探索芯片組技術時，我們將研究其重要性、與 SoC 的聯(lián)系以及最新趨勢。

Chiplet 技術的基本優(yōu)勢

來源：Cadence

什么是基于 Chiplet 的架構？芯片架構是一種模塊化芯片設計方法，其中多個較小的硅“芯片”互連以形成一個完整的系統(tǒng)。與所有組件都集成到單個芯片上的傳統(tǒng)單片芯片不同，芯片允許獨立開發(fā)和集成專門的功能。這些芯片使用高帶寬互連連接，從而實現(xiàn)高效通信和性能優(yōu)化。

隨著半導體行業(yè)努力突破摩爾定律的物理和經(jīng)濟限制，這種方法越來越受到青睞。通過啟用更小、可重復使用的組件，芯片組架構為新半導體解決方案提供了靈活性、可擴展性和更快的上市時間。

Chiplet 架構背后的驅動力

推動基于小芯片架構的采用的幾個關鍵因素：

1. 傳統(tǒng)設計的復雜性。隨著對更強大處理器的需求不斷增長，單片設計變得越來越復雜且昂貴。大型芯片的制造缺陷可能導致重大損失。小芯片架構通過更換有缺陷的組件而無需丟棄整個系統(tǒng)來降低這些風險。

2. 成本效益。先進節(jié)點制造的成本飛漲。使用成熟工藝節(jié)點構建的芯片可降低成本，同時利用尖端半導體解決方案實現(xiàn)高性能組件。這種混合方法更經(jīng)濟、更可持續(xù)。

3. 性能優(yōu)化。小芯片可實現(xiàn)異構集成，其中不同類型的硅片（例如 CPU、GPU 和加速器）可以組合在一起以獲得最佳性能。這種模塊化可為從數(shù)據(jù)中心到邊緣計算的特定應用提供量身定制的半導體服務。

Chiplet 架構的優(yōu)勢

采用chiplet架構可帶來諸多優(yōu)勢：

1. 靈活性和可擴展性。芯片組使升級或修改設計變得更加容易。制造商無需重新設計系統(tǒng)即可更換或升級單個芯片組。這種模塊化促進了創(chuàng)新和適應性。

2. 提高成品率。通過將功能拆分到更小的芯片中，制造商可以降低生產(chǎn)中出現(xiàn)缺陷的可能性。這樣可以提高成品率、降低成本并提高可靠性。

3. 定制化滿足特定需求。Chiplet 可針對人工智能、汽車和電信行業(yè)量身定制半導體解決方案。這種定制可提高性能并滿足細分市場的精確需求。

4. 加速上市時間。可重用性和小芯片的并行開發(fā)縮短了設計周期，使企業(yè)能夠更快地將創(chuàng)新產(chǎn)品推向市場。

先進半導體服務的作用

半導體服務在成功實現(xiàn) Chiplet 架構中發(fā)揮著關鍵作用。這些服務涵蓋設計、測試和封裝解決方案，確保無縫集成和性能優(yōu)化。

設計服務。先進的設計工具和方法對于在更廣泛的系統(tǒng)中創(chuàng)建協(xié)調的芯片至關重要。設計服務還可以解決電源管理和散熱等挑戰(zhàn)。

測試和驗證單獨測試芯片組和作為系統(tǒng)的一部分測試芯片組對于確?？煽啃院托阅苤陵P重要。半導體服務利用尖端測試協(xié)議在生產(chǎn)周期的早期識別和糾正問題。

封裝解決方案封裝是芯片架構的關鍵推動因素。2.5D 和 3D 堆疊等先進封裝技術對于實現(xiàn)芯片之間的高帶寬、低延遲互連至關重要。提供半導體解決方案的公司已經(jīng)開發(fā)出先進的封裝方法來滿足這些需求。

市場采用和行業(yè)領導者

AMD、英特爾和臺積電等領先的半導體公司正在引領芯片架構的采用。AMD 的 EPYC 處理器和英特爾的 Foveros 技術展示了這種方法的潛力。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)凸顯增長

根據(jù) Yole Développement 2023 年的報告，包括小芯片在內(nèi)的先進封裝市場預計將在 2023 年至 2028 年期間以 8% 的復合年增長率增長。

Gartner 預測，到 2025 年，30% 的所有先進節(jié)點處理器將使用基于小芯片的架構。

這些數(shù)字凸顯了投資以小芯片為中心的半導體服務和解決方案的公司所面臨的巨大商機。

挑戰(zhàn)與未來方向

雖然小芯片架構具有眾多優(yōu)勢，但也帶來了挑戰(zhàn)：

互連標準缺乏標準化互連協(xié)議會阻礙不同制造商的芯片之間的互操作性。通用芯片互連標準 (UCIe) 等計劃可解決此問題。

設計復雜性小芯片的模塊化特性要求復雜的設計和集成策略。半導體服務提供商和芯片設計師之間的合作對于克服這些障礙至關重要。

熱管理確保密集封裝的芯片系統(tǒng)有效散熱是關鍵問題。材料和封裝方面的創(chuàng)新有助于解決這一挑戰(zhàn)。

企業(yè)為何應該關注

對于企業(yè)而言，小芯片架構不僅代表著一項技術創(chuàng)新，更是一條通往新機遇和競爭優(yōu)勢的途徑。通過采用基于小芯片的半導體解決方案，企業(yè)可以：

• 降低成本同時保持性能。

• 通過模塊化設計加速創(chuàng)新。

• 為人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和自動駕駛汽車等新興市場定制產(chǎn)品。

此外，與半導體服務提供商合作可確保企業(yè)能夠利用設計、測試和封裝方面的專業(yè)知識，有效地將尖端產(chǎn)品推向市場。

結論

芯片技術正以其創(chuàng)新的模塊化設計方法改變電子行業(yè)。這一概念的核心是使用緊湊的獨立單元，稱為“芯片”，每個單元都針對不同的功能進行了優(yōu)化。通過將這些芯片組裝成一個有凝聚力的系統(tǒng)，制造商可以構建靈活的定制解決方案來滿足特定需求。這一進步將通過簡化生產(chǎn)工作流程和促進高度專業(yè)化、高效設備的開發(fā)來重塑電子元件設計和制造。

基于小芯片的架構正在重塑半導體格局。它通過解決傳統(tǒng)單片設計的局限性，提供了一種可擴展、經(jīng)濟高效且高性能的替代方案。隨著半導體服務和解決方案不斷發(fā)展以支持這種范式轉變，企業(yè)將通過采用這種變革性技術獲得巨大收益。

半導體的下一個前沿已經(jīng)到來，它模塊化、功能強大且潛力無限。現(xiàn)在正是企業(yè)探索小芯片架構可能性并為創(chuàng)新和適應性定義的未來做好準備的時候。