Charakterystyka chipletów
Chiplet to niewielki układ scalony, zawierający określony zestaw funkcji, który można łączyć z innymi chipletami na wspólnym podłożu, tworząc bardziej złożone systemy. Takie podejście umożliwia integrację różnych komponentów, takich jak GPU, CPU czy moduły I/O, w jednym pakiecie, co sprzyja miniaturyzacji urządzeń i upraszcza ich konstrukcję.
Zalety technologii chipletów
Wprowadzenie chipletów przynosi szereg korzyści:
- Łatwa skalowalność: Możliwość dodawania lub wymiany poszczególnych chipletów pozwala na szybkie dostosowanie układu do nowych wymagań bez konieczności projektowania całego systemu od podstaw.
- Innowacyjność: Dzięki modularnej budowie, producenci mogą szybciej wprowadzać nowe funkcje i technologie, aktualizując jedynie wybrane chiplety.
- Efektywność kosztowa: Produkcja mniejszych, wyspecjalizowanych chipletów jest często tańsza i mniej skomplikowana niż tworzenie monolitycznych układów scalonych.
Chiplety można używać ponownie, co skraca czas projektowania w porównaniu z monolitycznymi układami SoC (System-on-Chip) oraz wielochipowymi SiP (System-in-Package). Technologia ta umożliwia również wdrażanie nowych funkcjonalności, trudnych do osiągnięcia w tradycyjnych monolitycznych projektach, szczególnie w takich dziedzinach jak sztuczna inteligencja (AI), Internet Rzeczy (IoT) oraz zaawansowane systemy obliczeniowe.
Mimo szerokiego zastosowania chipletów w smartfonach, systemach motoryzacyjnych, wysokowydajnych systemach obliczeniowych (HPC), centrach danych oraz chmurze obliczeniowej, nie zastąpią one monolitycznych układów SoC, które wciąż oferują najwyższą efektywność energetyczną i wydajność.
Procesy produkcji półprzewodników
Postępująca miniaturyzacja technologii produkcji półprzewodników może przyczynić się do dalszego rozwoju zarówno chipletów, jak i monolitycznych układów scalonych. Obecnie integracja monolityczna jest szeroko stosowana w systemach HPC ze względu na wysoką wydajność oraz efektywność energetyczną. Chiplety można natomiast produkować przy użyciu mniej zaawansowanych procesów technologicznych, co pozwala obniżyć koszty i skrócić czas wprowadzania na rynek.
Jednym z kluczowych trendów przewidywanych przez IDTechEx jest rozwój zaawansowanych struktur 3D, które usprawnią zarówno łączność, jak i zarządzanie termiczne w układach scalonych. Odejście od tradycyjnych struktur 2D na rzecz 3D umożliwi tworzenie bardziej kompaktowych i wydajnych systemów.
Trendy w technologii chipletów
Standaryzacja interfejsów komunikacyjnych pomiędzy chipletami jest kluczowa dla zapewnienia interoperacyjności komponentów od różnych producentów oraz zwiększenia ich uniwersalności. Rosnące zainteresowanie technologią chipletów na całym świecie, m.in. w USA, Chinach, Niemczech i Japonii, sprzyja opracowywaniu jednolitych standardów. Organizacja Chiplet Design Exchange (CDX) pracuje nad otwartymi formatami projektowania chipletów, aby ułatwić ich szeroką adaptację w różnych sektorach.
Komunikacja pomiędzy chipletami ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia niezawodnej łączności. W raporcie IDTechEx wyróżniono technologie opracowywane w tym celu, takie jak Universal Chiplet Interconnect Express (UCIe) oraz Bunch of Wires (BoW).
Nowe podejścia do testowania chipletów pomagają w rozwiązywaniu wyzwań związanych z ich integracją. IDTechEx wskazuje na zastosowanie strategii Design-for-Test (DFT) oraz Built-in-Self-Test (BIST) jako ekonomicznie opłacalnych metod testowania. Techniki te umożliwiają wykrywanie i diagnozowanie usterek oraz optymalizację działania chipletów bez konieczności korzystania z zewnętrznego sprzętu testowego. Ponadto rozwijane są zaawansowane metody testowania, takie jak testowanie hierarchiczne i testowanie komunikacji międzychipletowej, które zapewniają kompleksową kontrolę poprawności działania układów.
Obok strategii testowania istotnym obszarem innowacji jest rozwój zaawansowanych metod łączenia chipletów. Hybrydowe połączenia miedziane (copper hybrid bonding) eliminują tradycyjne kulki lutownicze, umożliwiając połączenia o wysokiej precyzji i ulepszonych parametrach elektrycznych oraz termicznych. Technologia ta zwiększa gęstość połączeń i redukuje rezystancję pasożytniczą, co czyni ją kluczowym czynnikiem umożliwiającym budowę wydajnych i kompaktowych systemów chipletowych.
Więcej informacji na temat technologii chipletów i rynku półprzewodników można znaleźć w raporcie IDTechEx „Chiplet Technology 2025-2035: Technology, Opportunities, Applications”.
Źródło: IDTechEx
