Chiplet技术重塑系统芯片设计的集成方案

逍遥设计自动化

引言
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  g8 ~- w, s  E% v2 D& X' U半导体行业正在经历系统芯片(SoC)设计方法的重大转变，这个转变源于Chiplet技术的出现。这种架构方法在复杂芯片设计中提供了降低成本、优化性能和加快上市时间的新机会。
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图1：展示了Chiplet技术的三个关键优势：通过提高良率和加快开发实现成本降低、通过工艺优化和供应商专业化实现即插即用复用、以及通过突破光罩限制实现异构计算增强性能。图中展示了使用Chiplet的主要云计算和人工智能SoC实例，包括采用Arm Neoverse架构的NVIDIA Grace Hopper和AWS Graviton 4。
Chiplet架构的发展历程

* n( \2 L( C8 e( s# g: M+ h: CChiplet设计的发展经历了多个显著阶段，每个阶段都标志着行业合作的深化和技术的进步。最初，Chiplet实施以单一企业控制整个开发过程为特征。随着技术的成熟，行业逐渐过渡到多方参与的模式，促进了不同利益相关者之间的协作。
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图2：展示了Chiplet设计从单一所有权发展到多方参与，最终走向可互操作Chiplet生态系统的进程。时间线显示了当前所处的阶段，以及下一个里程碑"标准成熟化"。
4 n  ]  d+ B$ U6 I# |& W/ ?2 c技术挑战与解决方案
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Chiplet设计面临着需要认真考虑和创新解决的技术挑战。开发周期需要更早的设计决策、先进的处理和封装技术、全面的早期验证工作，以及有效的多方参与策略。
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- l" X3 o) y3 j0 j; s0 ~图3：概述了Chiplet接口开发面临的具体挑战，包括成本考虑、特定工艺验证要求、接口兼容性问题，以及在UCIe、CXL和UA-Link等协议中实现标准化的需求。
协作生态系统的发展
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/ ?/ j- c' ?+ ^. l0 b6 i1 BChiplet技术的成功高度依赖于建立稳固的合作伙伴生态系统和标准化接口。这个生态系统汇集了晶圆厂、IP供应商、EDA公司和固件开发商等各方参与者，共同推进Chiplet技术的发展。

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图4：展示了实现Chiplet成功所需的相互关联的生态系统，显示了各种标准(CSA、UCIe、UA-Link)和参与者(EDA供应商、IP供应商、晶圆厂)如何在协作环境中共同工作。
. a% T5 q) X4 V, B9 D1 A) _* j# u+ e案例研究：大规模人工智能平台开发
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Chiplet技术实际应用的典型案例可以从先进人工智能平台的开发中看到。这些系统利用预先验证的计算子系统和先进的封装技术，实现了显著的性能提升。

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0 X7 }5 o) @7 z0 U& V- w) S. X" q0 h图5：详细展示了一个集成Arm V3核心和REBEL_H NPU单元的人工智能平台架构，说明了如何通过Chiplet集成多个芯片，实现比现有解决方案高约3倍的功率和性能效率。
标准化与未来发展

" `  {( R: ^$ h4 gChiplet生态系统正在向市场模式演进，通过Chiplet与SoC的后期绑定创造新的商业机会。这种演进带来了多项优势，包括分散研发成本、缩短上市时间，以及提高设计寿命。

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, V2 [9 a. N& B( _图6：描绘了走向成熟Chiplet生态系统的发展历程，展示了从特定项目实施通过标准化到完整市场模式的进程，突出了多供应商互操作性和面向小型市场的定制SoC开发等关键优势。
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! @' T' R% a; P) {图7：提供了计算Chiplet的详细规格，包括CPU核心、缓存层次结构、存储器接口和连接选项，展示了现代Chiplet设计的全面性。

5 x9 q3 p: _1 j+ Z6 H5 ^& uChiplet技术在半导体设计领域代表了重要进步，提供了更高的效率、灵活性和可扩展性。随着行业不断采用这种方法，建立标准化接口和完善的生态系统支持将推动Chiplet设计继续发展。这种技术的协作性质使得复杂的半导体解决方案更加经济实惠，适用范围更加广泛。
参考文献
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[1] M. Meunier and T. Kwon, "Engaging Foundries to deliver chiplet based SoCs," in Chiplet Summit 2025, Santa Clara, CA, USA, Jan. 21-23, 2025.
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