【光电集成】三星|Chiplet技术概论

今日光电 2025-04-20 19:16 106浏览 0评论 0点赞

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半导体行业正在经历从传统单片设计向更灵活的Chiplet架构转变，这种转变代表了芯片设计和制造方法的根本性变革，为提升可扩展性和性能优化提供了新的技术路径。

随着技术进步和芯片复杂度提升，芯片尺寸不断增大导致良率下降，在单个芯片上实现全部复杂设计变得越来越困难且成本高昂。

Chiplet技术：

① 将大型复杂设计分解为更小、更易管理的组件，提供更好的制造良率和设计优化灵活性。

② 将不同功能扩展到特定工艺节点，实现性能、功耗和成本之间的最佳平衡。

③ 便于在不同平台间复用IP，显著减少新产品的开发时间和成本。

三星的技术路线图涵盖从成熟的14nm到尖端的1.4nm工艺，从FinFET(4nm)到环栅晶体管(GAA)技术(2nm)的工艺演进，特别适合人工智能和高性能计算应用，提供卓越的性能和能效。同时，14nm和8nm等成熟工艺节点在性能和制造成本之间取得平衡。

芯片间接口在Chiplet设计中面临诸多技术挑战，目前的行业标准提供了多种解决方案，每种方案都针对特定使用场景进行了优化:

① XSR/USR标准提供高达224G的带宽能力，传输距离可达50mm，但功耗和延迟较高。

② UCIe标准在性能和功耗效率之间取得了良好平衡，支持高达40G的数据速率，同时保持与PCIe/CXL协议的兼容性。

③ Bunch of Wires (BoW)标准强调功耗效率，在终端配置中实现0.5-1pJ/bit的能效，同时保持合理的带宽能力。

④ Advanced Interface Bus (AIB)提供了定义明确的协议结构和成熟的技术实现，但专有特性可能限制更广泛的采用。

三星的I-CUBE™技术平台提供了多种集成方案，包含多种先进封装技术，每种技术都针对特定技术挑战和使用场景设计。

X-Cube技术通过硅通孔(TSV)实现先进的逻辑到逻辑和逻辑到SRAM集成。这种方法允许高密度垂直集成，最大化互连带宽的同时最小化整体占用面积。TSV的实现需要精确工程来管理热问题和应力效应，但为高带宽应用提供了优越性能。

I-CubeS技术利用硅中介层促进逻辑芯片与高带宽内存(HBM)的集成。这个解决方案解决了高性能计算应用中内存带宽的关键挑战。硅中介层提供高密度互连平台，支持逻辑芯片和HBM堆栈之间数千个连接。硅中介层的细间距能力与传统封装基板相比能提供显著更高的带宽。

I-CubeR解决方案引入了重布线层(RDL)中介层，作为一种经济高效的2.5D集成方案。此技术无需昂贵的硅中介层，同时仍能提供许多应用所需的互连密度。相比硅中介层，RDL方法提供更好的散热性能和更简单的制造复杂度，特别适合主流应用。

Chiplet技术的成功很大程度上依赖于支持设计、制造和集成的强大生态系统。三星、Arm、ADT和Rebellions之间的合作标志着建立Chiplet设计和集成标准化方法的重要进展。这种合作结合了三星的先进制造能力、Arm的处理器专业知识、ADT的设计工具和Rebellions的创新AI解决方案。

此生态系统的技术框架包括标准化的芯片间接口、经验证的设计方法和全面的测试协议。