Chiplet 將徹底改變半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和制造

在快速發(fā)展的半導(dǎo)體領(lǐng)域，小芯片技術(shù)正在成為一種開創(chuàng)性的方法，解決傳統(tǒng)單片系統(tǒng)級芯片（SoC）設(shè)計(jì)面臨的許多挑戰(zhàn)。隨著摩爾定律的放緩，半導(dǎo)體行業(yè)正在尋求創(chuàng)新的解決方案，以提高性能和功能，而不只是增加晶體管密度。小芯片提供了有前途的前進(jìn)道路，在芯片設(shè)計(jì)和制造中提供了靈活性、模塊化、可定制性、效率和成本效益。像 AMD 和 Intel 這樣的公司一直處于這一技術(shù)的最前沿，AMD 的 EPYC 處理器和 Intel 的 Ponte Vecchio 數(shù)據(jù)中心 GPU 等產(chǎn)品展示了小芯片在增加核心數(shù)量和集成多種功能方面的潛力。

芯片組是分立的模塊化半導(dǎo)體元件，在集成到更大的系統(tǒng)之前，是共同設(shè)計(jì)和制造的。這種方法類似于模塊上的 SoC，每個小芯片被設(shè)計(jì)為與其他芯片協(xié)同工作，因此在設(shè)計(jì)時需要進(jìn)行共同優(yōu)化。芯片的模塊化與關(guān)鍵的半導(dǎo)體趨勢，如 IP 芯片化，集成異構(gòu)性，和 I/O 增量。芯片還與異構(gòu)集成和高級封裝相關(guān)聯(lián)。

SoC 與 Chiplet 概念。來源：IDTechEx

為什么小芯片越來越受歡迎

摩爾定律的放緩使得在有限的面積內(nèi)添加更多晶體管變得越來越困難。相反，重點(diǎn)已轉(zhuǎn)移到提高功能密度 - 這是芯片設(shè)計(jì)的優(yōu)勢領(lǐng)域。與此同時，開發(fā)工作越來越多地集中在系統(tǒng)級集成上，而不僅僅是晶圓制造。

采用小芯片技術(shù)是因?yàn)樗軌蚪鉀Q傳統(tǒng)單片芯片設(shè)計(jì)固有的幾個關(guān)鍵限制。其中一個優(yōu)勢是它能夠克服諸如標(biāo)線尺寸和內(nèi)存壁等限制，而這些限制傳統(tǒng)上會阻礙半導(dǎo)體器件的性能和可擴(kuò)展性。通過將芯片功能模塊化為離散的小芯片，制造商可以更有效地優(yōu)化半導(dǎo)體材料和處理節(jié)點(diǎn)的使用。此外，小芯片可以更好地利用晶圓角空間，降低芯片缺陷率，而這些缺陷在傳統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)中往往未得到充分利用，尤其是在需要越來越多功能的大型 SoC 中。在集成之前，可以單獨(dú)測試和驗(yàn)證離散組件。因此，制造良率會提高，從而提高產(chǎn)出質(zhì)量并降低單位成本。此外，小芯片有助于實(shí)現(xiàn)更靈活的設(shè)計(jì)流程，無需全新的芯片設(shè)計(jì)即可集成針對特定應(yīng)用量身定制的各種功能。這種靈活性縮短了開發(fā)時間和成本，并可以快速適應(yīng)不斷變化的技術(shù)需求。

小芯片的特性使制造商能夠從不同地區(qū)的多家供應(yīng)商處采購不同的零部件。這種多樣化減少了對任何單一供應(yīng)商或地理區(qū)域的依賴，從而增強(qiáng)了供應(yīng)鏈的彈性。在貿(mào)易限制的背景下，小芯片技術(shù)通過降低與供應(yīng)中斷相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)提供了戰(zhàn)略優(yōu)勢。通過采用小芯片設(shè)計(jì)，公司可以更有效地應(yīng)對這些限制，確保關(guān)鍵零部件的穩(wěn)定供應(yīng)，而無需過度依賴進(jìn)口。

總的來說，這些因素使得小芯片技術(shù)對于尋求提高性能同時保持經(jīng)濟(jì)效率的制造商來說是一個有吸引力的選擇。

通過 chiplet 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的新功能/設(shè)計(jì)。來源：IDTechEx

當(dāng)前市場格局

全球小芯片市場正在經(jīng)歷顯著增長，預(yù)計(jì)到 2035 年將達(dá)到 4110 億美元，這得益于數(shù)據(jù)中心和人工智能等行業(yè)的高性能計(jì)算需求。小芯片的模塊化特性允許快速創(chuàng)新和定制，滿足特定市場需求，同時縮短開發(fā)時間和成本。

雖然小芯片具有眾多優(yōu)勢，但它們也帶來了新的挑戰(zhàn)。多個小芯片的集成需要先進(jìn)的互連技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，以確保組件之間的無縫通信。熱管理是另一個關(guān)鍵領(lǐng)域，因?yàn)槿绻芾聿划?dāng)，功能密度的增加可能會導(dǎo)致過熱。這些挑戰(zhàn)為供應(yīng)鏈中的各個參與者帶來了機(jī)遇。例如，小芯片設(shè)計(jì)中封裝的不同區(qū)域需要不同類型的底部填充材料來滿足特定需求，例如保護(hù)芯片本身，提供機(jī)械支撐和熱穩(wěn)定性，以及保護(hù)連接小芯片的精密導(dǎo)線和焊球，防止出現(xiàn)分層或分離等問題。這就需要創(chuàng)新材料來提高可靠性和性能。