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chiplet简介

发布时间 2023-06-19 14:52:12作者: rainyleafrunnylife

chiplet

定义

  • chiplet是芯粒，高集成芯片=独具特定功能的chiplet+先进封装技术。最重要的技术突破在于封装，其次是测试。
  • 区别（Chiplet比SOC多了一组封装的流程）：
    • soc要求所有模块都是相同制程
    • 不同模块对制程要求并不相同，通常模拟芯片的制程只需要到130nm也可以很好的工作。
    • chiplet多出来的这一层封装，将不同制程、不同材质、不同工艺封装到一起，这是非常复杂的，需要成立chiplet生态联盟，解决关键传输协议标准、各个功能区域模块的链接方式统一等问题
  • 优势：

    • 制程成本：

      • 28nm芯片：4000万美元
      • 7nm芯片：2.17亿美元
      • 5nm设计：4.16亿美元
      • 3nm设计：高达5.9亿美元

    • 良品率：

      • chiplet可以使单个模块的面积显著减小。
      • 打破摩尔定律：更高的良率+芯片互联，使得单个芯片的算力终于不再受制程和面积约束
      • 芯片面积增大,良品率会下降；良率与晶圆的制造有关，参考下图：

    • IP复用：

      • 模块化设计，可以降低总体设计的复杂度
      • 有利于产品迭代，加快上市周期

    • fab角度：

      • 高良率，即使封装成本上升，也值得
      • 不同工艺的die可以混装，有利于新工艺销售
  • 应用：
    • AI, HPC(High Performance Compute)对于chiplet的需求更迫切
    • 各家公司都有chiplet产品问世，但大多还停留在自家芯片系列遵循各自的chiplet的互联，还没有形成像USB一样的通用标准
    • 22年，UCIe成立：
      • 英特尔与AMD、Arm、高通、微软、谷歌、Meta、台积电、日月光、三星等十家行业巨头正式成立UCIe（通用芯粒高速互连）产业联盟，意欲共同打造Chiplet互连标准，携手推动Chiplet接口规范的标准化。
    • 国内：
      • 芯原股份：此前已经正式宣布加入UCIe产业联盟
      • 长电科技：公司已于22年6月加入UCIe产业联盟。
      • 华天科技：公司称掌握chiplet相关技术。
      • 通富微电：公司已大规模封测Chiplet产品；公司在Chiplet、WLP、SiP、Fanout、2.5D、3D堆叠等方面均有布局和储备。
      • 寒武纪：公司思元370是首款采用Chiplet（芯粒）技术的AI芯片。
      • 晶方科技：Chiplet技术目前是行业发展的趋势之一，公司在研究该技术路径的走向，并与合作伙伴共同寻找合适的产品应用。
    • chiplet为IP公司提供了一种新的产品形式，国内外都仍然是起步阶段

成就

  • AMD公司：

    • EPYC (Naples) ：AMD 服务器CPU，处理包括4 个Zeppelin die，使用的还是2D 的 MCM （Multi-chip module）封装
      • 每个Zeppelin die 都包括单独的memory， IO complex，infinityFabric 的控制与接口
        • 每个Zeppelin die 是213mm^2
        • 4 个die 就是852mm^2
        • 777mm^2 非常接近reticle limit size 了，这是光刻机能够处理的最多的尺寸
      • Zeppelin die 包含2 个core complex-CCX。一个Zeppelin die 做桌面产品，2个Zeppelin die 做高端桌面产品， 4 个Zeppelin die 就是服务器产品。
      • 一个Zeppelin die 可以覆盖服务器和桌面两个市场，这个收益明显
    • EPYC (Rome)：
      • Rome 的CCD 的面积是74mm^2，包括了3.9B 的transistors。对比Zepplin 的CCX面积大约是88mm^2，2.8B 的transistors，感觉改进还是巨大的，7nm 的工艺进步也是显著的
      • 从一个chiplet 上包含内存控制器，I/O 和Infinity 互联的接口， 转变为有一个中央集中式I/O 和内存控制器die，而且这个集中IOD 仍然有14nm 工艺，CCD 仍然保持8 个核的设计。8 个CCD die， 一个IOD，最高核数为64 个
    • Ryzen (Matisse)：
      • Ryzen 产品线重用了 EYPC Rome 的CCD。只是单独配了一个Client IOD。

  • intel公司：

    • 它有自己的fab，而chiplet是fab最积极主导的事：Intel 在fab 技术和制定业界标准上都强：
      • EMIB：Stratix 10中心是FPGA die，周围是6 个chiplet：
        • 4 个高速transceiver chiplet 和2 个高带宽memory chiplet
        • 且这6 个chiplet，是来自三个不同fab 的6 个不同工艺chiplet，证明了不同fab 之间的强大互操作性
      • HBM 的3D 封装：HBM需要较高的工艺而大幅度提升了成本，主要是
      • AIB 的总线，
      • 3D Foveros：Lakefield SoC
      • CXL

  • Xlinix公司：

    • FPGA 公司因其属性和高利润性，一直是各种先进工艺的率先使用者
    • 2011 Virtex-7 2000T 就是4 个die 的chiplet 设计

  • Marvell公司：

    • Mochi 概念，多半不会继续走下去了

  • Hisilicon公司：

    • 晟腾910 的8 个chiplet 设计，融合了HBM die，逻辑部分与I/O 部分分离，两个dummydie，超大总die size 等特点