Chiplet技术革新與挑战

逍遥设计自动化

引言
在不断发展的半导体技术领域中，Chiplet已经成为一项突破性的解决方案，正在重塑整个行业。本文将探讨Chiplet的基本概念、优势以及在推广过程中面临的挑战。通过深入了解这项变革性技术，读者将理解为何众多行业专家认为Chiplet代表着半导体设计的未来方向[1]。
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Chiplet基本概念
Chiplet本质上是小型模块化集成线路，包含明确定义的功能子集。这些微型组件被设计成在单个封装内与其他Chiplet协同工作，从而构建复杂系统。这种方法与传统的系统级芯片（SoC）模型有很大的区别，传统模型是将所有功能集成在一个大型芯片中。
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" `3 t- S: \4 zChiplet范式引入了模块化的半导体设计方法，不同功能可以分离到不同的小型芯片中。这种模块化为系统设计和优化提供了极大的灵活性，带来了多项使Chiplet在现代电子系统中特别具有吸引力的优势。
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Chiplet技术的经济优势
Chiplet技术的经济效益主要体现在制造成本和设计费用两个方面。在制造方面，Chiplet提供了多项成本节省优势。较小的尺寸允许更高效地利用晶圆，减少边缘硅片的浪费。较小的芯片尺寸还提高了良率——如果出现缺陷，只会影响单个小型Chiplet，而不是整个大型SoC。
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"已知良品晶粒"（KGD）测试是另一个显著的成本优势。制造商可以在Assembly之前测试单个Chiplet，确保在缺陷组件危及整个系统之前将其识别并丢弃。这种方法显著降低了浪费，提高了整体生产效率。
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最具创新性的成本节省特征可能是使用混合制程节点的能力。同一系统中的不同Chiplet可以使用不同的制程节点制造，使制造商能够优化成本和性能。例如，模拟功能通常在成熟制程节点上表现更好且成本更低，而高性能数字功能可以在必要时使用最先进的技术。

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3 S9 k0 g8 N6 {1 j" m: f; b8 C性能优势与系统优化
9 W1 Q" @$ w9 _Chiplet的性能优势远超过简单的成本节省。通过允许不同功能分别制造，Chiplet实现了系统优化的新高度。
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# @: Q& }6 @& M) ~! C每个Chiplet都可以使用最合适的：
  K! b' K! ~7 c* C$ i1. 制程节点：不同功能在不同节点上表现出色。数字逻辑受益于更小的几何尺寸以获得更快的处理速度，而模拟器件在具有更好噪声特性和电压处理能力的较大几何尺寸上表现更好。


. k3 d  Y) r& z/ D6 p2 P3 n2. 制造工艺：即使在相同节点上，不同工艺也可以针对特定功能进行优化。逻辑工艺可以调整为快速晶体管，存储器工艺可以优化最小泄漏，射频工艺可以优化电感器和电容器。
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' N2 m9 p$ ^8 k- S* c( o( A- u3. 材料选择：虽然硅仍然是大多数半导体应用的主要材料，但Chiplet允许在需要时集成特殊材料以获得更优的性能。可以根据需要使用碳化硅和氮化镓进行功率转换，砷化铟镓和锑化镓进行红外探测，以及磷化铟进行射频应用。

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) J5 P) n7 S- n0 N2 N定制化与市场优势
2 j7 W  L/ `+ H6 a8 q% u3 l& PChiplet方法使制造商能够更高效地提供多样化产品线。电子器件制造商可以使用Chiplet创建多个产品变体，而无需设计全新的系统。这种灵活性实现了：

快速实施新技术

经济高效的定制化

快速响应市场需求

更广泛的产品组合

高效的产品更新和改进

7 P3 @+ y- h, ?% {- l4 x& ]当前挑战与未来展望
Chiplet的实施仍面临几个挑战。多芯片Assembly的复杂性需要仔细考虑粘合方法、封装方法、芯片尺寸、高度和热特性等因素。测试变得更加复杂，需要复杂的程序来验证单个Chiplet和完整Assembly。

2 [- K+ X" w; a" F# u9 u! r+ Y供应链管理是另一个重要挑战。与多个Chiplet供应商合作增加了协调、通信和风险管理的新复杂性。每个供应商都带来自己的定义、规格和潜在的供应链中断，需要认真管理。
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然而，这些挑战并非无法克服。半导体行业正在积极努力克服这些障碍，这种努力源于Chiplet提供的引人注目的经济和技术优势。正如戈登·摩尔在1965年的著名论文中预测的那样，从更小的、单独封装的功能构建大型系统可能更经济——这个预测现在正在成为现实。

4 e& {0 [6 v0 ]结论
向基于Chiplet的设计转变不仅仅是技术演进，更是半导体系统设计方法的根本性转变。虽然在实施和供应链管理方面仍存在挑战，但Chiplet的经济和性能优势使其在半导体行业中的主导地位不可避免。

+ S" s7 A  ~- k8 s. x$ i随着行业继续为当前挑战开发解决方案，Chiplet正在成为半导体设计的新标准，提供了符合摩尔定律和现代电子系统实际需求的发展路径。
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6 l2 N' d& Y/ I5 ]& g参考文献
[1] "Four reasons chiplets will take over the world (and why it hasn't happened yet)," Nhanced Semiconductors, Nov. 6, 2024. [Online]. Available: https://nhanced-semi.com/2024/11/06/four-reasons-chiplets-will-take-over-the-world/ (accessed Nov. 10, 2024)

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$ p. M# g3 q: `( i- D" Q& c, ?. f深圳逍遥科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家专注于半导体芯片设计自动化（EDA）的高科技软件公司。我们自主开发特色工艺芯片设计和仿真软件，提供成熟的设计解决方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分别针对光电芯片、微机电系统、超透镜的设计与仿真。我们提供特色工艺的半导体芯片集成电路版图、IP和PDK工程服务，广泛服务于光通讯、光计算、光量子通信和微纳光子器件领域的头部客户。逍遥科技与国内外晶圆代工厂及硅光/MEMS中试线合作，推动特色工艺半导体产业链发展，致力于为客户提供前沿技术与服务。
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