Chiplet的机遇与挑战

2020-09-03 14:00:29 来源: 半导体行业观察

来源:本文由半导体行业观察综合整理。


小芯片(chiplet)模型继续在市场上获得关注,但是要为该技术提供更广泛的支持仍然存在一些挑战,当中的一个主要挑战是die到die之间的互联


根据当前的做法,利用小芯片的目标是通过将预先开发的die集成到IC封装中来减少产品开发时间和成本。因此,芯片制造商可能会在库中拥有模块化芯片或小芯片的菜单。小芯片在各个节点上可能具有不同的功能。客户可以混合搭配小芯片,并使用管芯到管芯的互连方案连接它们。


这不是一个新概念。多年以来,有几家公司已经交付了类似小芯片的设计,但是该模型正开始滚雪球,这是有充分理由的。对于高级设计,业界通常会开发一个片上系统(SoC),在该系统中,您可以在每个节点上缩小不同的功能,然后将它们封装到单片式裸片上。但是,这种方法在每个节点上变得越来越复杂和昂贵。


小芯片适合的地方就是将较大的芯片分解成较小的“碎片”,并根据需要进行混合和匹配。小芯片可以获得比单芯片更低的成本和更高的良率。虽然说小芯片不是封装类型,但它是封装体系结构的一部分。例如,英特尔去年采用称为Foveros的小芯片方法,推出了3D CPU平台。该封装将10nm处理器内核与四个22nm处理器内核结合在一起。


但我们必须强调,小芯片将不会占据主导地位。因为在某些情况下,单片芯片将是成本最低的选择。但是对于高性能产品,可以肯定地说,小芯片方法将成为一种规范。同时我们应该看到,现在很多做chiplet的公司都是具有很强生态的公司,现在问题的关键是如何达到可以将不同供应商的chiplet整合到一起。一些已经在为小芯片时代做准备。


例如,台积电正在开发一种称为集成芯片系统(SoIC)的技术,该技术可使用芯片为客户提供类似于3D的设计。台积电还拥有自己的称为Lipincon的芯片对芯片互连技术。其他代工厂和OSAT提供了各种高级封装类型,但它们并未开发自己的die对die互连方案。相反,代工厂和OSAT与正在开发第三方互连方案的各种组织合作。


我们必须强调,互连至关重要。die到die的互连将一个doe与另一个die封装在一起。每个裸片均包含具有物理接口的IP块,然后具有公共接口的一个芯片可以通过短距离导线与另一个芯片进行通信。许多公司开发了具有专有接口的互连,这意味着它们可用于公司自己的chiplet。但是,要扩大小芯片的采用范围,该行业需要使用开放接口进行互连,以使不同的芯片能够相互通信。


换而言之,如果业界希望朝着支持基于小芯片的集成的生态系统迈进,那将意味着不同的公司将不得不开始彼此共享芯片IP。


而从现在的观察得知,现在不少公司和组织正在开发开放的die到dei的互连/接口技术。这些技术包括AIB,BoW,OpenHBI和XRS。这些技术都处于不同的发展阶段,且没有一种技术可以满足所有需求,因此有几种选择的余地。


其中由英特尔开发的高级接口总线(AIB)是一种die对die接口方案,可在小芯片之间传输数据。他们这个设计有两个版本:AIB Base用于“更轻量级的实现”,而AIB Plus则用于更高的速度。


开放域专用体系结构(ODSA)小组正在另外定义两个其他的die到die接口:BoW(Bunch of Wires)和OpenHBI。BoW支持常规和先进封装。


其中BoW仍在研发中,有终止和未终止两种版本。BoW的芯片边缘吞吐量为0.1Tbps / mm(简单接口)或1Tbps / mm(高级接口),功率效率小于1.0pJ / bit。


由Xilinx提出的OpenHBI是一种源自高带宽存储器(HBM)的die到die互连/接口技术。HBM本身用于先进封装。在HBM中,DRAM die堆叠在一起,从而在系统中实现了更多的内存带宽。物理层接口在DRAM堆栈和封装中的SoC之间路由信号。这是一个基于JEDEC标准的接口。


OpenHBI是类似的概念。不同之处在于,该接口在封装中提供了从一个小芯片到另一个小芯片的链接。它支持中介层,扇出和小间距有机基板。


虽然客户将有几种die到die互连/接口选项可供选择,但这并不能解决所有问题。来自不同公司的小芯片的互操作性仍处于起步阶段。互操作性方面确实存在挑战。这就是为什么您还没有看到很多可互操作的小芯片的原因。


但在这些组织的推动下,我们依然坚信未来可期。


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