什么時候可以購買到小芯片(Chiplet)

一年前，Semiconductor Engineering 舉辦了第一次圓桌會議，以了解小芯片行業(yè)的真實狀況。在那次活動中，有人表示，沒有小芯片在最初不打算的設計中重復使用過。過去一年發(fā)生了多大變化？去年回歸的有 Marvell 技術副總裁 Mark Kuemerle;Alphawave Semi 產(chǎn)品營銷和管理副總裁 Letizia Giuliano;是德科技 HSD 部門負責人 Hee-Soo Lee;Cadence 計算解決方案事業(yè)部高級產(chǎn)品組總監(jiān) Mick Posner;以及新思科技多芯片戰(zhàn)略解決方案集團的產(chǎn)品管理總監(jiān) Rob Kruger。以下是今年設計自動化會議上舉行的圓桌討論的摘錄。

SE：去年這個時候，一個類似的專家小組表示，小芯片面臨許多障礙，而且尚未實現(xiàn)重用。有很多問題需要解決，也有很多障礙需要克服。同樣明顯的是，甚至沒有確定所有障礙，當然也沒有就如何解決這些障礙達成共識。過去一年取得了多大的進展，我們是否更清楚前進的道路？為什么我今天不能買到小芯片？

Kuemerle：多年來，我一直是小芯片的粉絲，基本上是從運動開始的。當 Marvell 開始參與其中時，我們設想了這個宏偉的想法，即我們能夠在公開市場上采購小芯片來執(zhí)行任何給定的功能。我們將能夠定義允許它們一起通信的接口和協(xié)議層。我們完全錯了。重要的是，我們有這種大膽的動力，因為它迫使我們?nèi)ヅ宄绾伍_始球滾動。但是，通過實施許多具有多個芯片和小芯片的系統(tǒng)，我們了解到，通過 2.5D 集成策略，我們可以從對齊的角度規(guī)劃精確到微米的設計。除此之外，我們還必須進行規(guī)劃，以便下一層能夠以最有效的方式在小芯片之間進行有效通信。如果您真的想優(yōu)化系統(tǒng)，它們往往是定制系統(tǒng)。但是，我確實想添加一個我在過去幾年中看到的變化。這些年來，我說小芯片是搖狗的尾巴。這個想法是小芯片正在定義系統(tǒng)的其余部分。如果我們有一個標準小芯片，它執(zhí)行多人想要的標準功能，那么該系統(tǒng)可以圍繞該小芯片進行定義。我們可以在將每個人匹配到微米的情況下實現(xiàn)這些目標，因為系統(tǒng)的其余部分是圍繞它構建的。我們正處于這個漸進式的嬰兒步驟，我們開始達到小芯片可用于多個項目的地步。但這并不意味著我們可以只拿兩個小芯片并將它們插入在一起。雖然我們可以擁有獨立的小芯片，但膠水必須非常定制才能使這些小芯片協(xié)同工作。我們走得更遠，但我們還沒有達到這個開放的社區(qū)、開放的市場理念。

朱利亞諾：你問你什么時候可以買到小芯片。實際上，我們在設計自動化會議上展示了一個小芯片。我們自己的標準小芯片。我們詢問業(yè)界今天是否有一種方法可以分解系統(tǒng)，最簡單的方法是分離 I/O。這是因為它們非常標準化。連接性無處不在，幾乎每個設備都有相同的接口，可以連接到世界其他地方——以太網(wǎng)、PCI Express。這是捕獲系統(tǒng)并標準化我們對芯片進行 I/O 的自然方式。我們通過大量投資做到了這一點，但這也是對將系統(tǒng)劃分為小芯片的營銷需求的回應。您是正確的，我們圍繞可用的小芯片進行設計。一旦人們看到小芯片可用并決定使用它，他們就會開始根據(jù)您擁有的內(nèi)容來組織系統(tǒng)?，F(xiàn)在，我們正在圍繞該 I/O 小芯片創(chuàng)造動力。我承認存在一些問題。絕對。缺少很多標準化。世界還沒有標準化接口的設計。我們在標準化中缺少許多層面。我們確實有一些關于 UCIe 的東西，但它缺少一些重要的部分。協(xié)議層沒有標準化。這是一個很大的差距。在外形標準化方面，我們還有其他層次。但我們是先驅(qū)者。我們正在努力確保我們解決問題，并且我們已經(jīng)開始構建解決方案，以便人們可以圍繞它們進行構建。

SE：這足以讓像 Marvell 這樣的公司購買您的小芯片嗎？

Kuemerle：這要看情況。您當然可以獲得第一學位，其中您有一個可用的小芯片。您與提供者交談，并確定這是否適合您試圖解決的難題。我們努力解決的一件事是，擴展技術正在放緩，但我們的客戶并沒有放慢他們盡可能多地從技術中獲得收益的需求。平面圖越來越大。這些平面圖越大，它們就越復雜，并且就越難將您在公開市場上找到的給定小芯片安裝到日益復雜的設備中。我們發(fā)現(xiàn)很多時候，您確實必須為一些最復雜的應用制作定制小芯片。如果你要做一些更簡單的東西，只需要 64 個 112 gig SerDes 的通道，那可能更有意義。也許你可以從公開市場上購買一些東西，因為從建筑的角度來看，你有更多的自由度來將這些部分組合在一起。如果您正在建造一個非常大的樂高房子，您可能需要特制的樂高積木，使其看起來漂亮并完美地組合在一起。然而，如果你只是想把一些輪子放在一起，做一個看起來像汽車的東西，你可能可以做到。有不同級別的集成，這對您可以在哪里使用它們產(chǎn)生了影響。

朱利亞諾：沒有一種解決方案適合所有人。它需要針對特定的應用程序或用例進行定制。

波斯納：兩年前，我做了一個預測。我說過小芯片市場還需要 10 年的時間。按照這個計算，我們還有 8 年的時間。并不是說一切都停滯不前。已經(jīng)取得了進展，我相信這在幾個領域取得了進展。首先，讓我們區(qū)分一下。多芯片已經(jīng)成熟了很多。這是可以理解的。幾年前，它仍然是一個有遠見的銷售。當您的設計規(guī)模增加時，您可以擴展包嗎？不，但現(xiàn)在已經(jīng)嘗試過了。圍繞它的標準已經(jīng)開始成熟。UCIe 已經(jīng)成熟。Arm 引入了小芯片系統(tǒng)架構，這解決了更多的難題。然后，生態(tài)系統(tǒng)正在興起。一個例子是 imec 汽車小芯片計劃 （ACP）。他們從稍微不同的角度看待問題，并解決了難題的另一部分。標準、工藝和制造的實現(xiàn)已經(jīng)成熟到我現(xiàn)在相信未來會有一個小芯片市場的地步。我們正朝著正確的方向前進。

圖1：Chiplets：構建SoC的新方法。來源：Cadence

SE：你還認為還需要八年時間嗎？

波斯納：是的，用于制作。我們必須處理的另一件事是術語。小芯片這個詞是一個過載的功能，從一開始我就必須向人們解釋我們的意思。最后，人們開始明白，人們正在進行多芯片設計的定制系統(tǒng)，他們這樣做是因為他們被迫這樣做。然后是小芯片，您需要從第三方獲取一段 IP 并將其集成到您的系統(tǒng)中。它已經(jīng)變得非常以應用程序/生態(tài)系統(tǒng)為中心。考慮服務器人工智能。有特定的應用 — I/O 分解、內(nèi)存分解。在汽車領域，計算從 I/O 中分解，從 AI 中分解。如果你將小芯片市場限制在一個特定應用領域，而不是僅僅籠統(tǒng)地說會有一個市場，那么它似乎會有一個較小的飛躍。

克魯格：HBM 可能是小芯片市場的閃亮明星，但人們想要更多?？倳卸ㄖ频目臻g，并且希望擁有超越標準、與標準不同的東西。這總是會發(fā)生在最大的球員身上。然后你有一個具有預定義形狀的小芯片，這意味著你必須設計系統(tǒng)的其余部分來匹配。您可能沒有移動 UCI 的自由，或者您可能對 PHY 的堆疊方式有其他限制。這可能是由于外形尺寸和旁邊的東西而發(fā)生的。在系統(tǒng)層面必須考慮許多方面。最終會有現(xiàn)成的小芯片。但也有定制的需求。會有一個平衡。那么問題來了，對于商用小芯片來說，是否有足夠大的市場，人們愿意在尺寸或功率上做出一些讓步？

李：總的來說，我同意。標準應用程序非常重要，但您還需要生態(tài)系統(tǒng)，因為它只是設計的一部分。這些小芯片來自哪里？很多 IDM 都在做小芯片，但當我看設計本身時，它可能是小芯片風格，但它并不完全遵循標準，因為他們有自己的需求。他們有自己的制造設施，因此他們可以以類似的方式設計其他結(jié)構，但并不完全遵循標準。這不會啟用即插即用。這就是我看到差距的地方。這需要時間。一旦你擺脫了定制驅(qū)動的方法，轉(zhuǎn)而成為標準驅(qū)動的方法，包括 UCIe 和 Bunch of Wires，那么我們將看到更多的機會。但根據(jù)市場和技術的趨勢，這可能需要相當長的時間。我不是說幾年，但要讓市場成熟，需要幾年的投入。在回顧過去的封裝，然后考慮小芯片的出現(xiàn)時，重要的是要考慮這與系統(tǒng)級封裝有何不同。在單個封裝中，有很多封裝技術與系統(tǒng)混合在一起。與 10 年前的情況相比，該技術更加成熟，準備實施小芯片。我們現(xiàn)在有可能讓這成為現(xiàn)實。但是，我們?nèi)绾螖[脫這些界限？該行業(yè)如何從想要所有定制方式遷移到更標準化的集成方式？這是行業(yè)需要關注的地方。

在本系列討論的下一部分中，專家們將討論從需要小芯片到需要小芯片的轉(zhuǎn)變，以及生態(tài)系統(tǒng)的出現(xiàn)。