Chiplet技術的優勢和挑戰_風聞

本文由半導體產業縱橫（ID：ICVIEWS）綜合

易於擴展、更快創新和成本效益都是芯片組的優勢，同時還增強了功能和性能效率。

根據 IDTechEx 最近發佈的一份報告，利用小芯片技術可以實現更小、更緊湊且結構簡化的設計，該報告與競爭性半導體設計及其最適合的應用相比，闡述了開發小芯片技術的優勢和挑戰。

芯片組使 GPU、CPU 和 IO 組件小型化，以適應越來越小巧緊湊的設備和硬件，並可以將各種功能集成到更簡化、統一的設計中。易於擴展、更快創新和成本效益都是芯片組的優勢，同時還增強了功能和性能效率。

來源：IDTechEx與單片 SoC 和多芯片 SiP 相比，小芯片的開發速度更快，而且可以大量重複使用。它們還有望實現單片設計無法實現的新功能，尤其是在人工智能、物聯網和先進計算系統等領域。

然而，儘管小芯片可廣泛應用於智能手機、汽車系統、高性能計算 (HPC)、數據中心和雲計算，但它們並非旨在取代性能效率更高的單片 SoC。

半導體制造工藝未來半導體節點將逐漸變小，通過增加組件密度和功能密度，可能有助於改善芯片和單片設計。單片集成目前因其性能質量和能效而廣泛應用於 HPC，而芯片可以使用不太先進的節點來製造專用組件，從而降低成本並縮短上市時間。

IDTechEx 預測的另一個未來趨勢是先進的 3D 堆疊，通過這種技術可以改善芯片和單片設計的互連性和熱管理，從 2D 結構轉向 3D 結構，從而實現更緊湊、更高性能的系統。

Chiplet技術解決的問題Chiplet技術通過將一個大的芯片分解成多個小的模塊（即Chiplet），然後通過高速互連技術將它們組合起來，以實現整個芯片的功能。與傳統單片系統相比，具有以下優點：

可重新使用的知識產權**：**同一個chiplet可以在許多不同的設備中使用。

**更快的上市時間：**由於小芯片可以獨立設計和製造，因此可以採用更加模塊化的 IC 設計方法。這可以加速開發過程，從而加快新產品的上市時間。

**設計靈活性和可擴展性：**Chiplet設計允許通過組合不同的模塊來快速實現不同的功能，極大地提高了設計的靈活性和產品的可擴展性。

**提高製造良率：**與單片芯片相比，小芯片尺寸更小，可以帶來更高的製造良率。如果小芯片在製造過程中出現故障，可以在不丟棄整個芯片的情況下進行更換，從而減少浪費和成本。

多芯片（chiplet）設計導致額外面積增加主要是因為需要額外的互連區域、每個芯片的封裝邊界、可能的冗餘設計元素以及佈局和功率分配的考慮。儘管這會帶來一定的面積和成本增加，但通過顯著提高良率、降低單芯片複雜性和增加設計靈活性，多芯片設計在總體上能有效降低生產成本並提升生產效率，為滿足快速變化的市場需求提供了一種有效的策略。

Chiplet技術趨勢實現通用互連標準可實現不同製造商的芯片之間的互操作性，並提高其使用靈活性。隨着美國、中國、德國和日本等國家對芯片的興趣日益濃厚，這一點將尤為有用。芯片設計交易所 (CDX) 正在努力實現芯片設計的開放格式，以克服標準化方面的挑戰，這對於促進芯片在各個領域的更廣泛採用是必不可少的。

芯片之間的通信對於實現互連和可靠性也至關重要。IDTechEx 報告稱，目前正在開發多種技術來實現這些目標，包括通用芯片互連快遞 (UCIe) 和線束 (BoW)。

新的測試方法正在湧現，以應對與芯片技術相關的挑戰。IDTechEx 強調使用可測試設計 (DFT) 和內置自測試 (BIST) 策略作為測試芯片的經濟可行解決方案。這些方法有助於克服測試互連芯片的複雜性，通過直接在芯片設計中實現故障檢測、診斷和優化，減少對外部測試設備的依賴。此外，正在開發分層測試和芯片間通信測試等先進技術，以確保跨芯片接口的全面測試覆蓋。

雖然測試策略側重於確保功能性和可靠性，但銅混合鍵合等鍵合方法的進步正在徹底改變芯片集成。銅混合鍵合消除了傳統的焊料凸塊，實現了超細間距連接，並提高了電氣和熱性能。這種鍵合技術支持更高的互連密度並降低寄生電阻，使其成為緊湊型高性能芯片系統的關鍵推動因素。

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