Chiplet竞赛开始

发展的势头正在建设先进的包和系统使用所谓的chiplets,但是技术在市场上面临着一些挑战。

一组由美国国防部高级研究计划局以及马维尔zGlue和其他人追求chiplet技术,这是一个不同的方式或系统集成多个死于一个包。事实上,国防高级研究计划局(DARPA),美国国防部的一部分,希望推动其chiplet项目标准和一个新的生态系统,被称为通用异构集成和IP重用策略(芯片)。波音,抑扬顿挫,洛克希德,英特尔,诺斯罗普·格鲁曼公司、微米,Synopsys对此和其他参与芯片程序,这是针对商业和军事/航空航天应用。

有几种方法chiplets。基本思想是模块化芯片菜单,或chiplets,在图书馆。然后,你在一个包并连接组装chiplets用die-to-die互连方案。理论上,chiplet方法是一个快速和便宜的方式组装各种类型的第三方芯片,比如I / o、内存和处理器核心,在一个包中。

“(chiplets),你可以开始创作系统像乐高玩具,”安德烈亚斯Olofsson说,项目经理在办公室DARPA的微系统技术。“如果我们能真正有一个生态系统的成百上千的小chiplets坐在架子上,然后我们可以谈谈天周的做最先进的设计。”

到目前为止,该行业已经开发了一些包使用chiplet-like方法,至少在有限的数量。但我们的目标是使chiplets更主流的选择。为此,不过,这个行业可能需要标准,广泛的chiplets,设计工具和新的生产技术。

无论如何,multi-die包chiplets等市场升温,并有充分的生命力可能替代传统芯片扩展。在扩展,您缩小设备在每个节点的特性,使一个更小的死更多的功能。但IC扩展变得更加昂贵,每个节点的好处正在萎缩。

得到的好处扩展的另一种方法是通过集成多个不同的死在一个高级包,有时被称为异构集成。2.5 d/3 d,扇出和system-in-packages(口)异构集成在包装的例子。chiplets方法是另一种选择。

图1:整体模具使用芯片扩展与模块化chiplet方法来源:美国国防部高级研究计划局,英特尔

没有一个包类型可以满足所有的需求,所以客户可能会使用许多技术。“有很多选项可用于异构集成和每个有它的位置,”Jan Vardaman表示TechSearch国际。“没有一刀切。”

chiplets而言,技术面临着几个挑战成为主流选择。“这看起来很容易在PowerPoint Vardaman说,“但是真正的产品可能会更有挑战性。良好的设计和高收益对成功来说是必不可少的。”

并不是所有chiplet方法是一样的,每一组都有不同的转折。另外,chiplet市场混乱,目前尚不清楚是否会履行其承诺。

帮助该行业领先,半导体工程看一下各种chiplet方法。

Chiplet挑战
chiplet概念并不新鲜。这项技术可以追溯到1980年代,当工业发达multi-chip模块(反水雷舰)。反水雷舰,你死,并将他们连接在一个模块集成。

当时,反水雷舰高端大型机系统。对于其他系统,工业用大宗商品包。总之,包装是一个事后的IC市场。

在近代,开始改变行业意识到芯片扩展时在每个节点变得更加昂贵和复杂。今天只有少数高级节点可以设计芯片。例如,集成电路设计成本仅为28 nm平面设备跃升至5130万美元到2.978亿美元7纳米芯片,根据国际商业策略(IBS)。

开始就在千禧年之后,业界开始寻找替代品,即先进的包装。而不是扩展功能单一的死,先进的包装背后的理念是在垂直方向。

这并不是说,芯片制造商已经停止扩展。相反,芯片制造商增加10 nm / 7 5 nm研发。此外,先进的包装已经被使用在有限形式为利基应用几十年

对于许多客户来说,先进的包装已经成为并行或备选路径扩展的前沿设计,桌子上有几个选项。例如,行业一直航运2.5 d技术。在2.5 d,堆积在一个死去插入器,包含了在矽通过(tsv)。插入器充当芯片和董事会之间的桥梁,它提供了更多的I / o和带宽。

然后,几年前,扇出出现了。在扇出,模具打包时仍在晶片上。

不久前,chiplet方法出现了,这是一个不同的方式构建设备。芯片SoC,可能包含一个CPU,加上一个额外的100 IP块在同一芯片上。那设计是通过移动到下一个节点,这是一个昂贵的过程。

chiplet模型,这100 IP块硬化成更小的死亡或者chiplets。理论上说,你会有一个大的目录chiplets从各种IC供应商。然后,你可以混搭他们建立一个系统。Chiplets可能在不同的流程节点和重用在不同的设计。

这就是芯片的程序和其他努力试图完成。“例如,很多IP核,你购买非常昂贵的或不可用的技术从每个供应商的过程。说:“可能是在另一个进程,克雷格•Hornbuckle Jariet CTO,模拟/射频设计房子,DARPA的芯片项目的成员。“在芯片,你可以把一个集成的设备,形成你所需要的东西。这是一个优势。”

这种方法可以解决其他问题。“先进的过程节点面向数字。他们不是面向高性能模拟。作为设计师,我们适应这些应用程序,但它是具有挑战性的,需要很长时间。(chipets),您可以使用一个特定的节点为应用程序,”Hornbuckle说。

还有其他的好处。chiplets”的一个主要目的是找到一个选项来减少设计周期时间/成本考虑面临SoC设计,假设相对等效性能,”李Choon说,先进的包装的副总裁林的研究。”表演起初chiplet概念可以应用于应用程序,例如,军事和航天。”

不过,有一些挑战做这项工作。其中包括:

•目前,没有标准的方式装配或包装chiplets。
•die-to-die互连方案可以是昂贵的。
•设计和制造缺陷,比如如何验证和测试chiplets。
•目前尚不清楚谁负责chiplets一旦被制造出来并交给积分器或包装。

显然,设计和测试的考虑是关键。“Chiplet设计应该包含在系统设计的主要活性芯片。它需要互连/功能测试外部世界之间的兼容性chiplets chiplets主要芯片,这涉及到整个模块产生问题,”李说。

其他人也同意。“虽然chiplets听起来伟大的理论上,结合之前还有几个挑战克服chiplets方法是真的准备推翻主宰SoC模型,”约翰·弗格森说,营销总监在刚果(金)应用程序导师,西门子业务。“虽然各个成本制造chiplet可能下降相比,相应的嵌入式ip在一个单一的过程中,仍然有其他的成本和风险。的开发和支持专用此后,铸造厂soc的设计相对简单和低风险。当我们走向一种方法涉及到个人chiplet设计团队(内部或第三方),这些chiplets design-to-manufacture流结合成一个单一的包仍处于起步阶段。”

问题的一部分是,chiplet方法意味着多个制造业和供应链。很难捕捉一个配方,以确保所有的chiplets单独工作,和上下文中的包和其他芯片。

“虽然chiplet理论上可以重用在多个设计,每个chiplet都有自己的一套限制和它如何被使用,取决于特定的实现,”弗格森说。“死去的交互方式将决定很多关于如何使用他们在一个给定的上下文。他们通过焊料连接或直接联系吗?tsv需要后端访问?什么样的测试协议都被植入了每个chiplet ?”

对于任何芯片或包,收益率是关键。“整合chiplets system-in-package将驱动越来越高密度互连。chiplets是否使用硅插入器组装,硅桥,或高密度扇出,chiplets的趋势将越来越finer-pitch micro-bumps,”斯蒂芬Hiebert说道,高级营销主任说KLA-Tencor。“这些micro-bump互联缺陷免费,使100%的筛选检查没有逃脱杀手的缺陷。此外,硅插入器、硅桥,或silicon-less再分配层用于连接chiplets必须高质量和高产量,因为IC的累计价值内容集合。”

另一个问题是,谁将负责一个给定的项目。“Chiplets可以看到第一次采用交钥匙IDM或铸造谁能控制Chiplets和包装的生产和组装Chiplets进入一个系统,“说Nirmalya Maity包装的副总裁应用材料。“这避免了潜在的问题来自不同供应商的采购商品chiplets质量和兼容性的变化,这可能会影响系统的性能。有一个交钥匙供应商也减少了许多采用延迟和多供应商有关,复杂的供应链。例如,当涉及到多个供应商和服务,谁负责系统产量和性能?和如何测试组件和子系统,以确保它们是好之前承诺大会?”

当然,成本是最关键的因素。“资本支出和拥有成本敏感性是另一个大的约束,“Maity说。“这些因素驱动的需求,创新的解决方案。”

商业供应商
Marvell和Kandou总线是第一个跳上chiplet概念。他们在2016年宣布了一项协议,马维尔将使用Kandou一起到互连技术将多个芯片。

图3:完全模块化MCM-based SoC。来源:USR联盟

Kandou发展中小企业的一个生态系统,并已同意放弃一些IP别人启动这种方法。迈威尔公司是基于Kandou互连技术构建一个开关。

“如果你想整合到一个死的一切,它需要更长的时间。如果你想去先进的流程,它的成本更多,”首席执行官说阿明Shokrollahi Kandou总线。

减少开发新芯片的成本是至关重要的市场。“我们看chiplets是一个巨大的蜕变,“Shokrollahi说。“有一个军队的小公司做的只有一件事,一件事,这让他们迅速进入市场。所以,如果你想一个小公司发展网络接口卡,他们可以把他们的技术和其他一些东西,得到一个工作原型非常迅速地出了门。chiplets的重大改变是,小公司可以承担创新。”

去年,启动zGlue宣布的技术栈chiplets放到包中。zGlue不是制造自己的芯片。相反,它是积累现成的芯片来自第三方的投资组合。

这些第三方芯片已经生产的工厂和包装使用芯片级包(csp)。该公司还计划好死(KGD)和地方政府的支持。

什么zGlue提供专有平台或模块,以及一个活跃的插入器。的基础模块由一个印刷电路板和电路。BGA包的配置模块本身。

在平台或模块,chiplets放在公司的是因为面料,这是一个活跃的可编程插入器。130海里插入器是由台积电在铸造的基础上。日月光半导体处理zGlue的装配过程。

“我们有一个机制,我们可以wafer-level芯片大小来自不同供应商的包没有穿上任何限制,我们使用它们,”Jawad Nasrullah说zGlue的首席技术官。”(主动插入器)有点像分布式微型柱表面,就像维可牢。你把芯片放在它使用表面装配技术。基于意图和实际生产,你可以做一些修正。所有的连接都是通过软件来完成。真的没有固定,除了几个在一些地区。”

图4:使用zGlue系统框图的技术来源:zGlue

今天,zGlue关注选择连通空间中的应用,如蓝牙、窄带物联网,无线和衣物。一年前,zGlue 10 chiplets来自第三方的投资组合。现在,它拥有超过100 chiplets从30到40家公司,计划有500。ADI、对话框、Macronix和威世只是几个chiplet供应商在公司的投资组合。

美国国防部高级研究计划局的方法
在2016年,美国国防部高级研究计划局发布了征集为其芯片项目以外的投标公司。目标是(现在仍然是)设计chiplets的模块化设计和制造流程。DARPA还计划开发一个大型的第三方chiplets目录商业和军事应用。总之,芯片流预计将导致70%减少设计成本和周转时间。

芯片程序开始于2017年。这个项目有各种类型的承包商/ sub-contractors-manufacturers(英特尔、诺、微指令和加州大学洛杉矶分校);chiplet开发人员(铁、Jariet微米、Synopsys对此和密歇根大学);和EDA供应商(节奏和乔治亚理工学院)。

芯片是几个项目在DARPA的电子复兴计划(ERI)。蓖麻是一个五年,投资15亿美元以上的燃料创新在电子行业。

”(芯片),我们真的试图创建一个新的设计芯片的方式,”美国国防部高级研究计划局的Olofsson说。“我们必须彻底改造生态系统。我们必须重塑我们设计的东西的方式。我们必须发明制造技术。”

DARPA正在几块拼图的实现其目标,包括制定标准chiplets启用的即插即用模型,设计并行转换器技术进步得更快,发展低成本的插入器/桥梁die-to-die互联。该机构也在寻求开发新的拾起并定位系统,使chiplets被放在包在高速度。

标准是关键。“一旦我们有标准,你可以想象任何供应商在美国设计chiplets和为他们提供出售。所以系统集成商可以构建复杂的系统,”Olofsson说。

图5:DARPA的视觉芯片的来源:美国国防部高级研究计划局

芯片在标准方面正在取得进展。就其本身而言,英特尔许可其先进接口总线(AIB)。总线处理高带宽,die-to-die通信方案。

的芯片,英特尔开始爱尔兰联合银行发起人集团将提供免费技术使用费。随着时间的推移,英特尔计划为爱尔兰联合银行组成联合体。

芯片,英特尔也提供硅桥技术,这是一个替代硅插入器。英特尔的技术,被称为嵌入式Multi-die互连桥(EMIB),利用一块硅连接两个芯片的集成电路方案。此外,成员的芯片也可以利用传统的硅插入器。

图6:EMIB实现(硅桥)。来源:英特尔

chiplet方法是有前途的。它可能最终通向异构集成。但如果作品不属于的地方,chiplets最终可能会成为一个利基或在市场上许多被遗忘的技术之一。

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