Chiplet 將徹底改變半導體設計和制造

在快速發(fā)展的半導體領(lǐng)域，小芯片技術(shù)正在成為一種開(kāi)創(chuàng )性的方法，解決傳統單片系統級芯片（SoC）設計面臨的許多挑戰。隨著(zhù)摩爾定律的放緩，半導體行業(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，在芯片設計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 數據中心 GPU 等產(chǎn)品展示了小芯片在增加核心數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體元件，在集成到更大的系統之前，是共同設計和制造的。這種方法類(lèi)似于模塊上的 SoC，每個(gè)小芯片被設計為與其他芯片協(xié)同工作，因此在設計時(shí)需要進(jìn)行共同優(yōu)化。芯片的模塊化與關(guān)鍵的半導體趨勢，如 IP 芯片化，集成異構性，和 I/O 增量。芯片還與異構集成和高級封裝相關(guān)聯(lián)。

SoC 與 Chiplet 概念。來(lái)源：IDTechEx

為什么小芯片越來(lái)越受歡迎

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

采用小芯片技術(shù)是因為它能夠解決傳統單片芯片設計固有的幾個(gè)關(guān)鍵限制。其中一個(gè)優(yōu)勢是它能夠克服諸如標線(xiàn)尺寸和內存壁等限制，而這些限制傳統上會(huì )阻礙半導體器件的性能和可擴展性。通過(guò)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)化半導體材料和處理節點(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，而這些缺陷在傳統芯片設計中往往未得到充分利用，尤其是在需要越來(lái)越多功能的大型 SoC 中。在集成之前，可以單獨測試和驗證離散組件。因此，制造良率會(huì )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)現更靈活的設計流程，無(wú)需全新的芯片設計即可集成針對特定應用量身定制的各種功能。這種靈活性縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本，并可以快速適應不斷變化的技術(shù)需求。

小芯片的特性使制造商能夠從不同地區的多家供應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商或地理區域的依賴(lài)，從而增強了供應鏈的彈性。在貿易限制的背景下，小芯片技術(shù)通過(guò)降低與供應中斷相關(guān)的風(fēng)險提供了戰略?xún)?yōu)勢。通過(guò)采用小芯片設計，公司可以更有效地應對這些限制，確保關(guān)鍵零部件的穩定供應，而無(wú)需過(guò)度依賴(lài)進(jìn)口。

總的來(lái)說(shuō)，這些因素使得小芯片技術(shù)對于尋求提高性能同時(shí)保持經(jīng)濟效率的制造商來(lái)說(shuō)是一個(gè)有吸引力的選擇。

通過(guò) chiplet 設計實(shí)現的新功能/設計。來(lái)源：IDTechEx

當前市場(chǎng)格局

全球小芯片市場(chǎng)正在經(jīng)歷顯著(zhù)增長(cháng)，預計到 2035 年將達到 4110 億美元，這得益于數據中心和人工智能等行業(yè)的高性能計算需求。小芯片的模塊化特性允許快速創(chuàng )新和定制，滿(mǎn)足特定市場(chǎng)需求，同時(shí)縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本。

雖然小芯片具有眾多優(yōu)勢，但它們也帶來(lái)了新的挑戰。多個(gè)小芯片的集成需要先進(jìn)的互連技術(shù)和標準，以確保組件之間的無(wú)縫通信。熱管理是另一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域，因為如果管理不當，功能密度的增加可能會(huì )導致過(guò)熱。這些挑戰為供應鏈中的各個(gè)參與者帶來(lái)了機遇。例如，小芯片設計中封裝的不同區域需要不同類(lèi)型的底部填充材料來(lái)滿(mǎn)足特定需求，例如保護芯片本身，提供機械支撐和熱穩定性，以及保護連接小芯片的精密導線(xiàn)和焊球，防止出現分層或分離等問(wèn)題。這就需要創(chuàng )新材料來(lái)提高可靠性和性能。