许多Chiplet挑战

在过去的几个月,半导体工程看着2.5 d和3 d的几个方面系统设计,新兴标准和步骤,该行业正在使这更广泛的采用。这最后一篇文章的重点是潜在的问题,有待解决之前大众市场的技术变得可持续。

先进的包装被认为是最可能的路径维持摩尔定律,但是还是有几个问题还没有被克服,和一些不知道隐藏的陷阱。其中的一些技术,一些业务,和其他只是因为今天必要的技能分布,这意味着可能存在知识缺口由筒仓。

重点迄今为止大部分功能,包括如何分区设计和如何在逻辑上它们重新缝合到一起。这项工作的大部分已经出现在产品从几个垂直整合的公司,通常使用传统工具链时进行必要的分析。礼物,然而当你有完全访问所有的设计,这就是为什么IDMs的先出的门chiplets。

“它已经超出了简单的功能,”马克说Swinnen产品营销主管有限元分析软件。“必须有电磁分析整个系统,热,信号完整性、翘曲和机械应力。他们都必须分析一致,这将推动EDA设计流程的重大变化。”

有一系列的开发活动在包装区域。“Chiplets系统是一种逻辑分区,和包装,作为身体的一种方式把东西一起,”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。“他们是不同的在我的脑海里。只要你去无扰叠加,今天的chiplets microbumps不会起作用,因为他们使用。你可以电离的世界chiplets与3 d堆叠的未来。他们是松散耦合的,但是他们是不一样的。”

图1:Chiplet-based系统使用一个插入器。来源:节奏

不过,chiplets和3 d有许多常见的问题。“有很多芯片组装格式,没有一个人,据我所知,支持力量或热建模,”肯尼斯·拉森说,产品营销主管Synopsys对此。“这就是你想要当你开始堆栈上彼此的事情。热是一个巨大的问题,配电,为芯片提供电力。”

这个行业是完全达成一致。“杀手的问题3 d-ic功耗,”说Ansys同化。“温度分析经常在芯片行业一直是一个事后的想法,即使它已经系统中更普遍,董事会层面的设计。现在成为3 d设计师前面和中心。你需要更复杂的热分析。边界条件为温度、电力配电网络设置点,在这些大的结构非常复杂——所有这些都一起模拟收敛解。”

热分析只是一个开始。“一旦你做了权力和热分析,你可以评估这些元素不均匀膨胀,“添加同化。”提出了质疑翘曲、热膨胀和这些设计的机械完整性。”

对于现有的芯片开发团队,也有未知的未知。“这些都是给后端工程师造成一定程度的恐惧,或物理设计工程师,或流程相关过程工程师,“说Rob电源芯片联盟的执行董事。“建筑师提出的想法听起来不错,但是这可能并不实用。当你开始引进你的后端人,包括物理设计团队,电分析团队,或者是过程工程团队,包装团队,当这些问题开始出现。”

有几个一起把chiplets有关的问题。其中一个是物理尺寸。“片段的大小是一个问题,”迈克尔·弗兰克说的和系统架构师Arteris IP。“这是chiplets或也许不是一个问题2.5 d,安装在基板上,但它为3 d添加了额外的挑战。我们不再处理砾石。它是沙粒,甚至灰尘规格。这是更健壮的构建董事会。”

不仅仅是空间的处理。“光学网络互连论坛(OIF)是看其中的一些问题,“说Manmeet生活,高级产品经理在Synopsys对此高速并行转换器。“他们是定义静电放电(ESD)的标准,作为一个例子。它很轻,比存在更少的保护到环境”。

的灵敏度和鲁棒性chiplets需要特殊处理。“在运输必须进行干燥氮气保护他们,“说Arteris弗兰克。“一切都是在不同的规模,但构建数以百万计的人一个系统可以处理它。看看现有的机制来保护芯片。如果你有一个在5 nm芯片,你甚至不能接近它与氧化3 v因为无法维持。另外,这些芯片的ESD保护只是功能如果问题是动力。当不启动,它是完全受委托人。”

另一个谈论,但还未解决的问题,是测试。你如何确保模具是好的在组装之前,以及如何测试,完成组装也很好吗?”内建自测(阿拉伯学者)soc一直是一个重要的要求,和自我的能力是至关重要的为chiplets可用的系统中,”阿什拉夫Takla说,总裁兼首席执行官Mixel。”在晶圆级chiplet测试,组装后,是强制性的。这些是类似的其他应用程序的测试要求,如汽车和医疗。”

Chiplets需要不同的测试方法。“IP与重来测试和诊断功能,“生活的说。“他们必须,因为没有未来在死去。中的所有测试需要完成死亡。甚至当我们看我们自己的测试芯片,我们自己的包装测试芯片,没有出来的连接器。一切都是做内死亡。他们有很多测试特性,而不只是标准的阿拉伯学者和回送。有很多不同的方法,我们需要压力测试这些IPs,席卷引用和电压和非破坏性的眼睛。在测试和known-good-die问题,我们也必须建立在冗余,因为一旦你构建一个完整的包插入器或有机底物,每一个是100美元。甚至当你把这些包在一起,有电线,可以打破这一过程。”

除了行业解决方案,DARPA项目试图解决其中的一些问题。“最先进的异构集成原型(船)计划包括能够创建所有必要的技术对于包装和测试,”何塞·阿尔瓦雷斯说,高级可编程解决方案集团首席技术官办公室主任英特尔。“还有快速向微电子原型(增加),这是寻求促进微电子物理后端设计方法。这发出了一个明确的信息,美国政府非常鼓励国内半导体行业的水平,可以长期可持续。”

改变IP
Chiplets当然创建新的挑战,但也为知识产权行业提供新的机遇。“因为2.5 d chiplets不从根本上改变大多数组件IP的性质,如cpu、gpu或转专业,没有改变为这个IP设计或验证方法,”彼得·格林哈尔希说的和技术的副总裁手臂。“连贯的互连设计和验证,需要一些额外的步骤,以确保可伸缩性chiplet环境,但这并不重要。随着行业移动到3 d集成,有更多的机会可以分区IP死了。”

需要额外的模型来做这项工作。“你需要能够发送一个chiplet其他公司,它充分描述,这样他们就可以将它紧密集成到他们的设计,“说同化。”与此同时,你需要保持你的IP。这不是今天不同于IP被出售,你也有保密和专有的问题可以解决。有技术问题和一些法律。必须要有技术标准,人们可以创建一个市场。”

这些市场不存在。“什么类型的信息应该在chiplet目录?”克里斯·奥尔蒂斯问校长在Ansys应用工程师。“有标准吗?哪些信息需要你做热分析,或权力分析?这是必要的信息,可以帮助人们决定什么类型的包装可以使用。如果它是相当简单的,他们可能只需要看看热,总结他们可以使用一些非常便宜的包。或者,你需要会更昂贵CoWoS(台积电的Chip-on-Wafer-on-Substrate)类型的设计,或硅插入器的设计风格吗?”

制造和处理问题时再加上IP,它甚至不清楚谁的IP公司。“这可能是设计公司已经销售芯片,”温迪Wu说,产品营销主任节奏IP组。“这些都是我们的客户今天IP,现在我开始看到他们调查chiplet段。他们要求我们的一些接口IP,然后结合核心知识产权。他们可以买从一个IP公司设计,制造,测试和维护库存。这可能是一个很可行的模式。”

不仅是标准要求,但标准化的零件也可能是必要的。“(OCP ODSA集团是一个行业合作致力于开发标准驱动互操作性的chiplets独立供应商,”托尼Mastroianni说,先进的包装解决方案总监西门子EDA。“他们已经建立了一个Chiplet设计交换(CDX)工作小组关注标准化Chiplet模型、实施工作流程和测试方法。CDX工作组正积极致力于这些标准,但它需要时间巩固标准和提供设计和测试流程,然后采用chiplet提供者。”

商业模式
chiplets的商业模式是高度依赖于市场规模。“你需要一个生态系统和基础设施提供单独的芯片,”弗兰克说。“这个市场会足够大吗?考虑基质,建立芯片,成本太高了,特别是在先进的技术。”

有多个接口标准更加困难的出现。“例如,如果你设计出基于Bunch-of-Wires(鞠躬),那么它就不是可用在其它任何情况下,“说同化。“你不能把同一chiplet包在常规包装并出售它在正常市场,因为它只在chiplet环境工作。你真的必须设计芯片为一个特定的市场,提高鸡生蛋和蛋生鸡的问题。谁来设计他们的芯片,除非有市场吗?和谁建立一个市场,除非芯片?”

大公司想让这种事发生。“我们需要建立一个更大的生态系统真正接管工业和我们感兴趣的,”英特尔Alvarez说道。“这就是为什么我们感兴趣的是开源的。这就是为什么我们感兴趣的工作与芯片联盟。”

工具和流
今天正在兴建的工具和方法主要是鹅卵石的现有能力。“除了标准化模型和测试方法和建立chiplet生态系统,EDA供应商需要提供更全面,综合设计流程的解决方案,使设计更广泛的社区,“西门子Mastroianni说。“这将包括系统级的集成设计和验证,先进的包装设计和分析,集成电路设计和分析,和DFT和测试工具,方法和基础设施。不太可能一个EDA供应商可以提供一流的解决方案,所有这些技术,所以一个开放的、可配置的方法将会盛行。这将是一个艰巨的挑战,促进广泛的3 d解决方案将更具挑战性。”

同化表示同意。“我不认为该行业会通过现有工具和螺栓上有增加,预计它将处理3 d-ic。它的下一个转折点在电子设计自动化市场。过去我们有拐点,如IP的包容。我们有finFET技术拐点。3 d-ic设计是下一个转折点,它很快就会来到你身边的项目。”

这里可能是心态变化需要,。“如何EDA行业解决更大的概念不仅仅是3 d,而且这种分解环境,”阿尔瓦雷斯问道。“它是如何使设计是建立在一个更加敏捷和灵活的方式吗?它是如何让更好的上市时间比我们今天所做的吗?”

除此之外的工具必须能够处理更大的背景。说:“一个是问题是能力同化。“而其中一些非常大的芯片,我们今天非常计算密集型分析,现在你要把三个或四个在彼此之上,加上一个插入器和分析整个事情在一起。进一步提高了产能问题。我们谈论的电磁效应,往往非本地,像卫兵环块或周围的耦合模。他们都有这些非本地的电磁效应。信号完整性变得更加复杂。不仅仅是芯片,但插入器,TSV包——这一切必须集成在一起。”

正如经常发生的那样,如果抽象可能是前进的工具和IP。“这些系统的规模需要某种程度的抽象,尤其是当你看看热,“增加同化。“3 d方案分析,你不需要知道每一门的热数据,但你需要知道芯片的芯片反应和地区越来越温暖。提出了降维模型(rom)。这些是绝对完整的一部分分析这些和IP提供商和集成商之间交换数据。

结论
虽然有许多障碍要完整,chiplets商业上可行的市场,和系统设计,可以充分利用他们,很大一部分行业希望看到它发生。创建软IP市场并不容易,但它完全改变了这个行业。同样可以适用于物理IP chiplets的形式。所有的挑战是不可逾越的,有些障碍已经下降。

但是多长时间才能chiplets不可或缺的一部分行业还不清楚。我们可以期望看到重要的公告在几年之内,虽然不确定将推动它成为占主导地位的方法来创建系统。一些重要的人相信这个概念,但是今天有很多观望。

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