比赛对Mixed-Foundry Chiplets

创建chiplets与尽可能多的灵活性,已经引起了全民的想象半导体的生态系统,但异构集成来自不同铸造厂的chiplets如何尚不清楚。

许多公司在半导体生态系统仍弄清楚如何适应这个异类chiplet世界,他们需要解决哪些问题。虽然几乎每个人都同意chiplets未来的基本构建模块的设计,有许多障碍需要克服。

“大公司一直在做这种类型的技术内部有自己的定制解决方案,”弗兰克说,铁产品管理高级主管Rambus。“早期的一些优势他们意识到目前正在其他公司感兴趣,没有资源去做自己。”

的优点之一chiplets是融合在一起的能力使用不同的制造工艺技术。“一个I / O芯片,例如,可以由一个铸造厂,核心处理器可以由另一个铸造,然后那些chiplet可以放在一起,“铁说。“所以从这个意义上说,混合和匹配技术的潜力。你可以说,“我得到一个伟大的价格从铸造,我必须处理铸造B,但现在我可以混合在一起,”因为chiplets几乎可以被认为是独立的芯片。”

然而,今天,这不是那么简单。如果多个模具来自多个地方,第一步是确定每个销音高。

“有一个选项为标准包装,将倒装芯片125微米到130微米针距和东西会插入器,”约翰说公园,集成电路包装和产品管理组主管跨平台解决方案节奏。“这可能是因为35微米。这是一个挑战。如果脚距40微米或50微米,我不得不使用硅插入器或某种互连桥。增加了成本,也是为什么有标准组件的版本,因为如果你把所有的倒装芯片间距125微米左右,你可以在一个传统的包层,这是成本显著低于硅插入器或嵌入式技术的桥梁。”

一旦解决互连,包装类型已经决定,放下互连不是过于挑战性,公园说,因为它是类似于PCB和薄片包装风格的路由需要45º角。“在某些情况下,各个角度是必要的。鱼片需要金属进入垫。微分对必须匹配相对于另一个(阶段)的控制。还需要屏蔽。这些都是PCB工具所做的事情,而不是做这些巨大的金属碎片,我们要到一个或两个微米。PCB工具可以扩展,所以路由的最大的挑战就是要花的时间。在包装,我们用来处理几千连接信号虽然有很多超过电力和地面。可能会有不到50000,但现在chiplets,你将面临,100000 +连接,所以一个auto-router需要处理的能力。”

Mixed-foundry chiplet生态系统
迈克•BorzaSynopsys对此科学家认为,从长远来看,将会有一个mixed-foundry chiplet生态系统。“在那之前,大多数的集成系统将由一个供应商,供应商是制造商chiplets以及积分器的整体方案。”

可能会有一些特别的chiplets小函数,甚至大函数来自外部供应商。“如果chiplet以外的供应商之间的竞争,需要有标准化的接口,或集成商需要能够应对不同的包提供相同的接口。人这样做,但是这不是方便。更方便的标准线图标准函数,使用相同的节点为每个供应商,”Borza说。

这就是为什么有如此多的关注UCIe标准。“无论你铸造或铸造B,你必须遵守包装技术要求,“米克·波斯纳说,产品线Synopsys对此高级IP组主任。“假设你正在做一个高级interposer-based设计。插入器的衬底连接两个死,这通常定义了一个特定的脚距。都死必须从根本上坚持如果他们要被打包在衬底上,碰巧。说,从理论上讲,没有什么阻止客户开发一个死在台积电和死在另一个铸造厂,把从其他铸造和包装一起的。这是一个关键的multi-die系统的好处。虽然今天的大部分工作是单一供应商,在不久的将来会改变。”

Chiplet包装技术要求
额外chiplet要求来自包技术,波斯纳说。“有一个有机基质,是的。另一端插入器。然后是整个一系列新的包装技术,坐在中间,包括信息(台积电的集成扇出),RDL扇出(再分配层),和其他人,都有自己的需求。”

多线程路由器正在开发处理这些更大的挑战,和节奏的公园指出,工程团队做这些类型的设计通常使用PCB-style路由器的信号路由。“然后,在许多情况下,如果设计复杂的权力结构,这是你会看到在一个集成电路的工具,他们会把这些混合在一起,把权力从一个集成电路的工具和地面路由和合并,在信号路由。所以这是系统的融合世界和集成电路——他们在一起,包括你所需要的工具和知识。但总的来说,布局是通过系统人用来做这种风格路由。只是现在有更多的联系。这意味着有更多的路由上的一个瓶颈。”

chiplets还有其他好处。“这些芯片的风险如果他们如此之大而昂贵的,”Simon Davidmann说的首席执行官治之软件。“说处理器螺丝。拿下来,把另一个。这是一个真正的好处。如果你有一个SoC,你不能改变处理器。如果你有一个chiplet,您可以构建一个新的与其他所有块,就像印刷电路板。如果你有1000在印刷电路板组件,一个休息,你unclip,代入另一个,它的工作原理。即使是在这个领域,一些失败,更换一个芯片chiplet仍然是便宜的,与其扔了董事会和重新设计一个新董事会,如果我做的是重新设计,一点。自chiplets基本上是大的硬块IP会发生什么,如果我构建一个芯片,而不是获得版本3的处理器,得到一个芯片,然后要等待一年,做一个新的芯片版本4出来时,我可以改变chiplet,和一个新的块出来时,我可以使用所有其余的我还有。我刚从3到4改变chiplet处理器和前进”。

物理问题,Davidmann没有看到任何真正的影响除了需要做更多的模拟和验证。

新的chiplet挑战
目前,大AMD和英特尔等公司使用内部chiplets设计,基本上分解一个SoC或ASIC成不同的功能。

”,由于没有chiplets生态系统,他们需要同时做多个芯片设计,因为所有这些芯片设计需要共同努力,构建一个整体系统,”托尼说Mastroianni,先进的包装解决方案总监西门子数字行业软件。“如果这是一个大的ASIC,你把它变成分层块。有可重用IP主要模拟和高速I / O。chiplets,现在你把你的“超级ASIC”分解成小chiplets,但是你不一定坚持必须使用相同的过程,你可以用你的优势。如果你有一个大的处理器,可以使用5或3 nm的过程。如果你有模拟/混合信号,你可以用更便宜的过程更有效。也有专门的知识产权仅可在一个非常昂贵的节点。如果你只需要一个接口,为什么不直接构建到chiplet ?”

图1:IP chiplet生态系统。来源:西门子EDA

但这是一个非常不同的故事时chiplets由不同的铸造厂。“你需要担心这些标准并确保你得到正确的电压,“Mastroianni说。“即使是同样的铸造,你担心这个,因为它们是不同的,所以根据定义它们是两个不同的芯片。这意味着有不同的角落,不管怎样,你必须处理。如果他们制造不同的流程,使其更具有挑战性。很多处理通过die-to-die接口——几乎像一个——将它串并收发器接口,这些接口是设计成这样的。这是更多的问题在其他信号,如低速I / O,这可能需要一些连接,所以你要担心。但通常情况下,这些接口并不重要。高速I / o是通过这些标准协议。”

虽然有很多的运动对3 d设计,目前尚不清楚商业chiplets是有道理的。“在3 d, place-and-route工具能够支持不同的技术,”他说。“他们要处理,这是一个非常IC, place-and-route-centric流。甚至你是否需要模型为每个这些chiplets要放在一起,他们真的会在一起作为一个群体而设计的。可能你会有一个标准,你可以出售chiplet,但这将是例外。”

今天是在今天,大多数chiplet活动2.5 d。“你可能有多个3 d芯片插入器和其他asic因为,即使你有3 d,有实际的限制有多少可以堆栈由于热限制,“Mastroianni说。“当你堆栈起来,你需要担心热量。这是一个更大的挑战,随着与分划板的尺寸。但你可以超越,使用插入器或有机基质。”

芯片/ chiplet /系统架构师如何工作与包装技术团队和ASIC设计团队来确定IP有不同技术的另一个重要方面chiplet设计来克服。

“有很多需要更多的建筑规划,ASIC设计相比,那就是一旦你有了ASIC和规范,你只是把曲柄和你的筹码。Chiplets是不同的。还有其他步骤。不过,一旦你设计,3 d芯片,它仍然可以作为chiplet重用。它将只是一个三辊式或chiplet四辊,就像在HBM。那里,你将需要所有一切的观点将被集成在一个包中,”他说。

Chiplet沟通
如何一个chiplet与另一个是需要解决的另一个挑战,特别是chiplets由多个铸造厂。这就是标准的努力一直专注。

“你无法做任何事情chiplets来自别的地方如果你不能交流,“Pim Tuyls说,内在的首席执行官ID。“那么你需要另一个能将一种类型的芯片之间的通信的其他沟通,这只会让它更复杂。它不会变得不那么复杂。与安全。你不能做安全如果钩子和角度是不存在的。如果chiplet没有公钥加密的机制,例如,你可以做。有时你可以用软件做修复,但你必须做好准备。标准化的通信和安全级别chiplets将变得非常,非常重要的。”

马修·Ozalas主应用程序开发工程师和科学家Keysight技术说,理想情况下每个chiplet被当作一个独立的块这是对物理包装。然而,这并不总是一个选择。

“例如,chiplets接近彼此可能热交互,电磁,或在其他物理方面,“Ozalas解释道。“模型交互,您需要执行一个分析chiplets内的布局结构。包装铸造厂已经创建复杂的模型,但这些包装流目前基于假设所有的IP是包含在铸造的伞。“如果有chiplets从多个厂、高级汇编和分析可能成为一个主要的障碍。复杂的电路模型、布局和底物都被认为是敏感的。所以标准化联合仿真需要启用chiplets内的底层结构,同时保护每个铸造的单个IP通过适当加密。这些IP和multi-physics问题除了传统layout-based组装挑战不同的层叠,连接,和验证在chiplets也必须处理在一个标准化的方式。”

但很快multi-foundry的方法是如何发展还有待观察。的首席执行官杰夫•泰特Flex Logix在生态系统有信心,但说最初的实现将在很大程度上是来自同一个铸造。“他们会有不同的known-good-die方法,机械规格会有所不同,和谁想自己找出问题是如果有一个multi-chiplet设备,”他说。“十有八九chiplets只会被用在一个铸造的生态系统。台积电可能愿意chiplets混合自己的设计/过程从多个过程节点,因为他们理解的元素,希望最终客户的业务。”

泰特补充说,这并不会在一夜之间发生。“没有一组标准的chiplets提供标准化接口,”他说。没有一个标准化的测试方式,保障生产的可靠性chiplets(高温和低温测试证明方法在芯片,但那是在开发chiplets)。没有一个证明,自动化的设计工具集成chiplets到基板上。没有一个生态系统的供应商整合chiplets来自多个供应商。一个供应商不信任另一个供应商的流动。chiplets从不同的过程有不同的热膨胀系数导致机械可靠性问题/问题。如果组装基板不工作,谁拥有这个问题?直到证明生态系统发展和基质的成本下降,直到chiplets不会实际为主流,”泰特补充道。

结论
Chiplets。问题是如何快速,广泛的chiplets如何采购,是理想的应用。

可以肯定的是,所有的问题都没有解决在设计和制造的各种流程,使公司从菜单中选择选项,将这些设备集成到一个系统,并有信心将正常工作。这需要时间。但已牢固确立方向,证明工作最大的芯片制造商——即使不清楚何时或其他半导体行业将如何到达那里,和它会遇到什么样的问题。

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