Chiplet潮流中,谁是赢家?

电子工程世界 2023-12-22 09:03

▲ 更多精彩内容 请点击上方蓝字关注我们吧!

大型芯片制造商专注于小芯片,将其视为将更多功能集成到电子设备中的最佳途径。现在的挑战是如何拉动芯片行业的其他部分,为第三方小芯片创建一个市场,可以使用特定标准从菜单中进行选择,这些标准可以加快上市时间,帮助控制成本,并像内部开发的芯片一样可靠。

到目前为止,第三方小芯片使用一直断断续续。普遍的共识是,第三方小芯片市场将在某个时候蓬勃发展,部分原因是购买小芯片比构建它们更便宜,前提是有足够的互操作性标准。最大的未知数是,与内部开发的小芯片相比,这些小芯片的性能如何,这反过来又会影响采用的速度、可用的市场机会总量以及随后的市场整合速度。

这是由于几个变量造成的。一方面,据估计,所有新启动的芯片设计中有 30% 至 35% 供大型系统公司内部使用。因此,这些公司不是使用现成的处理器和 IP,而是从头开始设计系统来优化其内部流程或数据类型。为这些应用开发的一些小芯片是高度专业化且具有竞争力的秘密武器,但这些系统中还有许多其他功能可以由第三方小芯片开发商开发。

另一方面,小型联盟正在围绕不同领域形成,例如生物或汽车应用。其中一些涉及代工厂和 OSAT,它们开始为本质上是装配设计套件制定标准,而另一些则正在有机开发。但在所有情况下,重点都是基于小芯片设计的大规模生产,并具有可预测的产量。

此外,与必须符合特定工艺技术的软IP不同,小芯片可以在任何工艺节点上开发。它们是否可以从一家晶圆厂互换到另一家晶圆厂还有待观察。然而,混合和匹配流程节点的能力为更多选择打开了大门。例如,开发人员可以在任何工作效果最好的节点上创建完全模拟的小芯片,而不是最先进节点的平面 SoC 所需的大部分数字芯片和一些模拟芯片。这开辟了一个基于 PPAC 的全新潜在市场。

小芯片代表了自摩尔定律诞生以来最根本的转变之一。这个想法已经存在了数十年,但在 finFET 推出之前,平面微缩的好处始终超过了改造供应链、设计和制造工艺、更新或添加新设备以及因故障而造成的中断所带来的巨大挑战。所有这些仍然是一个巨大的挑战,也是难以预测变化速度的主要原因之一。

AMD、英特尔和 Marvell 等大型芯片制造商已经证明小芯片的有效性,并且他们正在从其开创性工作中获益。但如果历史可以说明事情将如何演变,那么这些公司自己开发所有本质上硬化的知识产权在经济上并不有利。这是他们支持新的互操作性标准(尤其是 UCIe)并推广商业市场理念的原因之一。此外,各个政府机构还制定了利用现成的商用小芯片,作为加快上市时间并最终降低成本的一种方式的目标。

图 1:NIST 的小芯片架构。来源:美国国家标准技术研究所

尽管如此,正如这些初始实现所证明的那样,集成小芯片和组装它们比听起来要困难得多。大型芯片制造商通过构建小芯片的底盘来实现这一目标。这允许在特定参数内设计小芯片,例如面积、噪声(电磁、功率、基板等)、互连位置、材料相互作用和许多其他特性。但他们也使用一组对他们的设计很重要的狭窄参数来解决问题。

图 2:AMD 的 EPYC Gen 4 处理器使用小芯片来实现不同应用的可扩展性。来源:AMD/2023 年热门芯片

图 3:英特尔基于计算小芯片及其多芯片互连桥 (EMIB) 的可扩展至强架构。来源:英特尔/Hot Chips 2023

英特尔的小芯片方法类似。Advantest America负责美国应用研究和技术的副总裁 Ira Leventhal 表示:“即使你有一套能够很好地协同工作的小芯片指南,你仍然会遇到各种工艺变化、封装变化等等。您可以提供芯片匹配和支持左移等功能,以便更快地发现缺陷,这样就不会产生大量的包装成本和废料。但在这个更复杂的环境中,如何优化产量?这确实很重要,即使您有一组可以一起发挥作用的最佳事物。需要在各个步骤中采取更多措施才能完成这一任务。”

小芯片还被高度针对性地用于其他设计,由OSAT将它们集成到先进的封装中。在这种情况下,它们就像 加密 IP 一样使用,而不是作为基于芯片的设计的一部分。

“我们看到我们的客户使用小芯片进行高性能计算以及网络交换机,”日月光高级工程总监欧力在最近的 CHIPCon 小组会议上表示。“他们关心性能和信号完整性。例如,您可以使用光纤 I/O 来替代高速 SerDes。因此,现在小芯片正在多个市场和多种应用中使用,并且未来的采用率将会越来越高。”

对于商业市场,关于小芯片如何准确表征的标准仍在制定中。尽管如此,这种方法还是有一些明显的优点。由于小芯片比光罩尺寸的 SoC 更小,因此良率通常更高。真正的集成挑战来自小芯片的外部。还存在一些挑战,包括如何在组装后单独测试和检查它们,以及如何测量芯片移位等内容。例如,特定用例的动态功率密度可能会因电阻和静态漏电流而增加热量。这反过来会导致翘曲,从而对将小芯片固定到位的键产生压力。处理所有这些问题需要新的流程来在设计周期的早期解决这些问题,以及新的设备和全新的工艺步骤。

 Chiplet 的优势 


使用 Chiplet 有三个主要原因。

首先,无论工艺节点如何,它们都可以混合和匹配,这显著降低了开发半导体器件的成本。“随着这些特定领域的架构越来越专业化,如果它真正推动我们为每种架构采用差异化技术,它有可能对晶圆厂、设备制造商和生态系统的其他部分产生巨大的颠覆性,”他说。Lam Research计算产品公司副总裁 David Fried在 SEMI 最近举行的关于计算未来的小组讨论中发言。“如果你回顾 15 到 20 年前,当单片集成节点一个接一个地缓慢前进时,我们将异构集成所需的一些流程创新视为附加的。但现在,如果你看看到达下一个节点的成本,特别是单片集成的成本,那么突然之间这些异构集成过程似乎真的很便宜。”

其次,小芯片可以换入或换出设计,以针对特定领域和应用进行定制。这使得芯片制造商能够创建高度针对特定应用的设计,为更特定的领域和用例定制类似的芯片,无需从头开始重新创建所有内容即可更新它们,并添加比单个芯片上可用的更多功能。

英特尔硅架构工程师 Swadesh Choudhary 表示:“当我们期待拥有不同的技术节点时,我们可以将它们混合搭配在一起,并将一些模拟内容保留在比最新技术更稳定的技术中。您可以将不同的加速器与相同的计算引擎集成,并可能通过针对不同应用程序的定制包加快上市时间。通过封装中的小芯片,您可以更轻松地做到这一点。”

小芯片的第三个主要好处是,即使是首次设计,它们也可以显著加快上市时间,从而使芯片制造商能够更快地进入市场。

“归根结底,问题在于 PPA 和上市时间,” Amkor Technology的小芯片/FCBGA 集成副总裁 Mike Kelly 说道。“这从高端开始。数据中心的人员首先推动了它,也许也是最困难的。但它正在渗透到我们今天看到的每一个计算机类中,数据中心、个人电脑市场和手机市场。汽车正变得计算密集型,并面临着与其他汽车相同的限制。现代节点价格昂贵,晶圆成本也很高。你可以通过突破真正高性能的部件来管理它。这是一条很长的S曲线但它肯定是在向新的地方过渡。”

并且有充分的理由。Synopsys首席战略官 Antonio Varas在 SEMI 活动上指出,目前只有约 35% 的芯片设计项目按计划进行,约 25% 的项目在首次硅片上就取得了成功。与此同时,需求每年以9%至11%的速度增长,而供应量则以7%至9%的速度增长。到 2030 年,需求预计将增长 17%,这主要是因为半导体被用于各种新市场和新应用。

 面对的挑战 


这就是小芯片发挥作用的地方,要使这一切顺利进行,需要在各个层面制定标准——而这只是一个开始。

“你肯定需要标准,”台积电现场技术解决方案副总裁 Paul Rousseau 说。“这就是 3DFabric 和 3Dblox 背后的整个理念,并且有多个层次。其中一个级别是 EDA 端或 I/O,UCIe 正在成为芯片间通信的标准。除非有巨大的好处,否则为什么要使用不同类型的 I/O?另一件事是在硅本身或封装上。挑战之一是每个人都有一个奇特的想法。这需要大量的开发时间才能证明。因此,我们正在努力让人们采用标准解决方案。这就是我们对硅所做的事情。我们有设计规则和模型,我们知道会起作用。封装也有同样的目标。这并不是每次都重新发明轮子。”

最初,这意味着商用小芯片的选择更加有限。但这是否意味着不太优化的设计更难确定,因为将 SoC 分解为不同的强化功能可以让设计团队更轻松地确定这些功能的优先级并划分设计。如果有标准来规定不同的芯片如何组合在一起以及如何测试它们,那么随着时间的推移,它们可能会比一次性的设计更加可靠。

芯片设计的重大变化之一是关注数据如何在芯片中移动,随着需要处理的数据量持续增长,这一点非常重要。这引发了一系列变化,例如新材料和不同的设备组装方式。混合键合是人们高度关注的领域之一。由于需要比标准互连更快地传输视频和大型图像,这种技术首先在图像传感器中实现。例如,UMC 于 2023 年 2 月与 Cadence 签署了一项协议,提供一个可以加速这一过程的平台,特别是对于成熟节点,这是许多小芯片将被开发的地方。

举例来说,目前最快的一些计算机使用的组件,如商用的ARM内核。关键在于数据路径和与内存的物理连接、软硬件协同设计以及人工智能/机器学习的稀疏算法。随着计算变得更加分散,例如汽车和便携式设备与智能城市基础设施进行通信,真正的价值可能不再在于谁创造了最快的处理器,而更多地在于无缝连接。

更大的挑战可能在业务方面。“问题是这是否会转化为商业小芯片市场,您可以从第三方以低廉的价格采购它并将其集成到您的设计中,”Varas 说。“您需要的不仅仅是标准接口。这里有一个商业模式的问题。如何鉴定小芯片的资格?你如何测试它们?所以标准接口将会出现。但第二部分并不像IP模型的演变那么简单。情况要复杂得多。这项技术可能是可行的,但它还包括商业模式、供应链协调等等。”

此外,商业小芯片还存在数据共享的问题。大型芯片制造商的一大优势是能够在公司内部共享数据,以便可以针对最终应用或用例优化小芯片。不同公司之间交换数据要困难得多,因为公司非常担心数据泄露或被盗。

“有数据安全,也有数据共享,”林氏集团的弗里德说。“这些并不相互排斥,人们必须消化这一点。我们开始打破使用云来完成我们害怕使用云的事情的障碍。我们正在努力解决的是数据共享以获得更高的价值。飞机就是一个例子。这些飞机的所有者与飞机发动机制造商共享数字孪生和数字线程的维护记录和数据,并且他们可以对故障进行建模并进行预测性维护。航空航天行业的一些公司正在与所有这些不同的公司共享其产品的私密数据,这对所有这些公司都有好处。这种情况在我们的行业中并没有发生太多。这种情况发生在银行业,就像当你刷信用卡时,它会立即检查是否存在欺诈行为。这些模型建立在来自多个不同银行的数据之上,并且全部联合在一起。这就是我们作为一个行业失败的地方,因为我们在整个生态系统的数据共享方面落后于银行业和航空航天业 10 年。”

 系统与芯片 


设计方面还存在其他挑战。将小芯片集成到封装中使设计问题远远超出了单个芯片的范围。现在它是需要协同工作的芯片的集合,并且不再由单个团队在一个地点开发。

“我们已经从设计芯片转向设计系统,”Synopsys 的 Varas 说道。“我们正在处理三个主要问题。我们有新的复杂性向量,这需要系统设计的并行化。而且我们还缺乏人才。如今,60%的EDA用户是经典半导体公司。另外 40% 是超大规模企业、初创公司以及 ASIC 或 IP 供应商。2019 年至 2022 年间,先进芯片的设计启动数量增加了 44%,但不断扩大的生态系统也加剧了碎片化。有更多的选择和复杂性,这增加了设计的破坏性。”

日月光公司的李对此表示同意。“设计师需要采取与过去不同的做法,过去以 PCB 为中心,使用 GUI 为主的设计工具,”她说。“他们不需要设计扇出或有源中介层。因此,旧的封装设计人员现在必须管理 LVS(布局与原理图)、CRV(约束随机验证)测试的 IC 级工具,并可能运行一些 SIPO(串行输入/并行输出)分析。我们需要与客户拥有相同的波长。此外,封装变得越来越大,为了控制翘曲,需要材料和工艺技术的创新。我们需要拥有已知良好的芯片、已知良好的模块,并且我们需要进行多次测试插入以确保每个过程都良好并且能够产出。最后,组件级测试将不再通过,这就是我们采用和实施系统级测试的原因。”

 结论 


Chiplet 在某个时候将会变得普遍。根本没有足够的体积来支持缩小芯片上所有部件的成本,最终公司将专注于他们最擅长的事情,并让其他人开发对竞争力或差异化没有贡献的组件他们的产品。

主要问题(至少在最初)与寻找将小芯片集成到设备中的标准方法有关,确保它们随着时间的推移按预期工作,以及如何共享数据以便行业能够快速发展。其中包括业务和技术问题,而且数量很多。尽管大型芯片制造商基本上都在单干,但随着成本受到严格审查,以及竞争为一些零部件创造了公平的竞争环境,这种情况将发生变化。但所有这些因素变化的速度有多快,以及是什么提供了竞争优势,将因市场、公司以及整个行业突然出现的技术、商业和地缘政治的新发展而有所不同。

Chiplet 的方向是明确的,有足够的力量在推动它。但在短期内,甚至可能更长时间内,时机、独特的挑战和生态系统合作仍将更加难以应对。

参考文献

编译自https://semiengineering.com/proprietary-vs-commercial-chiplets/


· END ·








电子工程世界 关注EEWORLD电子工程世界,即时参与讨论电子工程世界最火话题,抢先知晓电子工程业界资讯。
评论
  • RK3506是瑞芯微Rockchip在2024年第四季度全新推出的Arm嵌入式芯片平台,三核Cortex-A7+单核Cortex-M0多核异构设计,CPU频率达1.5Ghz, M0 MCU为200Mhz。RK3506平台各型号芯片该怎么选,看这篇文章就够了。RK3506各型号RK3506有3个型号,分别是RK3506G2、RK3506B、RK3506J,配置参数如图: 配置差异解析总的来说,RK3506各型号间的差异主要体现在内存、工作温度和封装上‌:内存差异‌:RK3506G2‌集成
    Industio_触觉智能 2024-12-25 10:27 16浏览
  • 全球照明技术创新领航者艾迈斯欧司朗,于2024年广州国际照明展览会同期,举办【智慧之光】· 艾迈斯欧司朗-照明应用研讨会,以持续的技术创新,推动光+概念的全面落地。现场还演示了多款领先照明技术,且由资深工程师倾情解读,另有行业大咖深度洞察分享,助你开启“光的无限可能”探索之旅!精彩大咖分享引领未来照明无限遐想艾迈斯欧司朗精心准备了照明领域专业大咖的深度分享,无论是照明领域的资深从业者,还是对照明科技充满好奇的探索者,在这里,您都将大有所获。在艾迈斯欧司朗照明全球产品市场VP Geral
    艾迈斯欧司朗 2024-12-25 20:05 38浏览
  • 本文介绍瑞芯微开发板/主板Android系统APK签名文件使用方法,触觉智能EVB3588开发板演示,搭载了瑞芯微RK3588芯片,各类接口一应俱全,帮助企业提高产品开发效率,缩短上市时间,降低成本和设计风险。系统签名文件生成APK系统签名文件,具体可参考此文章方法RK3588主板/开发板Android12系统APK签名文件生成方法,干货满满使用方法第一步,修改APK工程文件app/src/build.gradle,并添加以下内容: android {     na
    Industio_触觉智能 2024-12-26 09:20 47浏览
  • 本文介绍瑞芯微RK3588主板/开发板Android12系统下,APK签名文件生成方法。触觉智能EVB3588开发板演示,搭载了瑞芯微RK3588芯片,该开发板是核心板加底板设计,音视频接口、通信接口等各类接口一应俱全,可帮助企业提高产品开发效率,缩短上市时间,降低成本和设计风险。工具准备下载Keytool-ImportKeyPair工具在源码:build/target/product/security/系统初始签名文件目录中,将以下三个文件拷贝出来:platform.pem;platform.
    Industio_触觉智能 2024-12-26 09:19 65浏览
  • IP 语音(VoIP)网络依赖于 SIP(会话启动协议)和 RTP(实时传输协议)等实时通信协议,因此必须保持高可用性和低延迟。一旦出现问题,就必须迅速查明并解决,以防止服务中断。一个常见的问题是不兼容问题,目前有 100 多份与 SIP 相关的征求意见稿(RFC),其中有大量 “应该”(SHOULD)而非 “必须”(MUST)的声明。这通常会导致用户无法拨出或拨入电话。本文将介绍一种使用 IOTA 的故障排除方法,IOTA 是一种实时流量捕获和分析工具,可简化复杂 VoIP 网络问题的根本原因
    艾体宝IT 2024-12-24 14:37 27浏览
  • “金字招牌”的户外叙事。2024年的夏天似乎异常炙热,体育迷们的心跳也随之澎湃,全球瞩目的体育盛宴——巴黎奥运会在此刻上映。在这个充满荣耀与梦想的夏天,我们见证了无数激动人心的瞬间:男子4X100米混合泳接力决赛中,潘展乐的最后一棒,气壮山河,中国队的历史性夺冠,让整个泳池沸腾;射击10米气步枪混合团体决赛,黄雨婷和盛李豪的精准射击,为中国队射落首金,展现了年轻一代的力量;乒乓球男单四分之一比赛中,樊振东的惊天逆转令人难以忘怀,凭借坚韧不拔的意志和卓越的技术,成功挺进半决赛,并最终夺冠……在这一
    艾迈斯欧司朗 2024-12-25 19:30 47浏览
  • 当下,智能手机市场正呈现出明显的高端化趋势,更多消费者愿意为高端设备买单,这也推动了智能手机均价的提升。作为中国科技品牌出海的代表,传音控股凭借在折叠屏手机、AI技术、多肤色影像技术等方面的优势,在全球高端手机市场上展现出强大的竞争力。智能手机高端化趋势明显,传音打造AI技术优势12月初,全球市场调研机构Counterpoint发布报告称,2024年三季度,全球智能手机市场出货量达3.07亿部,同比增长2%,连续四个季度保持增长。全球智能手机收入同比增长10%,平均售价增长7%,均创下历史新高。
    电子资讯报 2024-12-24 16:57 14浏览
  • 引言  LIN(Local Interconnect Network)是一种针对汽车电子系统应用的串行通信协议,主要用于汽车电子控制单元(ECU)之间的通信。LIN总线的特点是成本低、速率低、通信距离短、连接节点少,主要用于对带块要求低、实时性要求不高的控制任务,例如车门控制、天窗控制、座椅控制、车内照明等功能。LIN总线采用的是主从式架构,由主节点基于调度表调度网络中的通信。  LIN总线的错误类型  尽管LIN协议设计简单,具有低带
    北汇信息 2024-12-25 14:18 40浏览
  • 新能源汽车市场潮起潮落,只有潮水退去,才能看清谁在裸泳。十年前,一批新能源汽车新势力带着创新的理念和先进的技术,如雨后春笋般涌入中国汽车市场,掀起一场新旧势力的角逐。经历市场的激烈洗礼与投资泡沫的挤压,蔚来、理想、小鹏等新势力车企脱颖而出,刷爆网络。不曾想,今年新势力车企杀出一匹“超级黑马”,爬上新势力车企销量榜前三,将蔚来、小鹏等昔日强者甩在了身后,它就是零跑汽车。公开数据显示,11月份,零跑汽车实现新车交付量约4.02万辆,同比增长117%,单月销量首次突破4万辆;小鹏汽车当月共交付新车约3
    刘旷 2024-12-26 10:53 72浏览
  • 概述 Intel 要求用户为其10代FPGA器件使用特定的上电和掉电顺序,这就要求用户在进行FPGA硬件设计的时候必须选择恰当的FPGA供电方案,并合理控制完整的供电上电顺序。经过在Cyclone 10 GX测试板上实际验证,统一上电确实会导致FPGA无法正常工作,具体表现为JTAG接口无法探测或识别到目标器件。上电顺序要求 Cyclone 10 GX,Arria 10以及Stratix 10系列器件所有的电源轨被划分成了三个组合,三组电源轨要求依次上电,如图1所示,为三组电源轨上电顺序示意图。
    coyoo 2024-12-25 14:13 37浏览
  • 据IDTechEx最新预计,到2034年,全球汽车舱内传感(In-Cabin Sensing,ICS)市场将超过85亿美元。若按照增长幅度来看,包含驾驶员监控系统(DMS)、乘员监控系统(OMS)、手势控制和生命体征监测等高级功能在内的舱内传感市场预计2020年到2034年将增长11倍。感光百科:ICS中的光源选择01、政策推动带来的“硬”增长作为其中的增长主力,舱内监控系统应用(包含DMS和OMS等)被推动增长的首要因素正是法规。据统计,中国、欧盟、美国、韩国、印度等主要汽车国家或地区已推出相
    艾迈斯欧司朗 2024-12-25 19:56 50浏览
  • 在谐振器(无源晶振)S&A250B测试软件中,DLD1到DLD7主要用于分析晶体在不同驱动功率下的阻抗变化。此外,还有其他DLD参数用于反映晶振的磁滞现象,以及其频率和功率特性。这些参数可以帮助工程师全面了解KOAN晶振在不同功率条件下的动态特性,从而优化其应用和性能。磁滞现象晶振的磁滞现象(Hysteresis)是指在驱动功率变化时,晶体的阻抗或频率无法立即恢复至初始状态,而表现出滞后效应。1. DLDH: Hysteresis Ratio (MaxR/MinR)在不同驱动
    koan-xtal 2024-12-26 12:41 44浏览
  • 在PCB设计中,Stub(也称为短桩线或残桩线)对信号传输有以下几个主要影响:1.容性效应导致的阻抗偏低:Stub会导致容性效应,使得阻抗偏低,影响信道的阻抗一致性。Stub越长,阻抗降低得越多。这是因为传输线瞬态阻抗计算公式为:Z = \ sqrt { \ frac { L } { C } }Stub就像并联在传输线上的小电容,Stub越长,电容量越大,阻抗也就越低。2.信号反射:当信号在传输线与Stub的交界处遇到阻抗不匹配时,会产生信号反射。这会导致信号的失真和能量的反向传播,增加了噪声和
    为昕科技 2024-12-24 18:10 14浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦