文 | 半導體產業縱橫

易于擴展、更快創新和成本效益都是芯片組的優勢，同時還增強了功能和性能效率。

根據 IDTechEx 最近發布的一份報告，利用小芯片技術可以實現更小、更緊湊且結構簡化的設計，該報告與競爭性半導體設計及其最適合的應用相比，闡述了開發小芯片技術的優勢和挑戰。

芯片組使 GPU、CPU 和 IO 組件小型化，以適應越來越小巧緊湊的設備和硬件，并可以將各種功能集成到更簡化、統一的設計中。易于擴展、更快創新和成本效益都是芯片組的優勢，同時還增強了功能和性能效率。

與單片 SoC 和多芯片 SiP 相比，小芯片的開發速度更快，而且可以大量重復使用。它們還有望實現單片設計無法實現的新功能，尤其是在人工智能、物聯網和先進計算系統等領域。

然而，盡管小芯片可廣泛應用于智能手機、汽車系統、高性能計算 (HPC)、數據中心和云計算，但它們并非旨在取代性能效率更高的單片 SoC。

半導體制造工藝

未來半導體節點將逐漸變小，通過增加組件密度和功能密度，可能有助于改善芯片和單片設計。單片集成目前因其性能質量和能效而廣泛應用于 HPC，而芯片可以使用不太先進的節點來制造專用組件，從而降低成本并縮短上市時間。

IDTechEx 預測的另一個未來趨勢是先進的 3D 堆疊，通過這種技術可以改善芯片和單片設計的互連性和熱管理，從 2D 結構轉向 3D 結構，從而實現更緊湊、更高性能的系統。

Chiplet技術解決的問題

Chiplet技術通過將一個大的芯片分解成多個小的模塊（即Chiplet），然后通過高速互連技術將它們組合起來，以實現整個芯片的功能。與傳統單片系統相比，具有以下優點：

可重新使用的知識產權：同一個chiplet可以在許多不同的設備中使用。

更快的上市時間：由于小芯片可以獨立設計和制造，因此可以采用更加模塊化的 IC 設計方法。這可以加速開發過程，從而加快新產品的上市時間。

設計靈活性和可擴展性：Chiplet設計允許通過組合不同的模塊來快速實現不同的功能，極大地提高了設計的靈活性和產品的可擴展性。

提高制造良率：與單片芯片相比，小芯片尺寸更小，可以帶來更高的制造良率。如果小芯片在制造過程中出現故障，可以在不丟棄整個芯片的情況下進行更換，從而減少浪費和成本。

多芯片（chiplet）設計導致額外面積增加主要是因為需要額外的互連區域、每個芯片的封裝邊界、可能的冗余設計元素以及布局和功率分配的考慮。盡管這會帶來一定的面積和成本增加，但通過顯著提高良率、降低單芯片復雜性和增加設計靈活性，多芯片設計在總體上能有效降低生產成本并提升生產效率，為滿足快速變化的市場需求提供了一種有效的策略。

Chiplet技術趨勢

實現通用互連標準可實現不同制造商的芯片之間的互操作性，并提高其使用靈活性。隨著美國、中國、德國和日本等國家對芯片的興趣日益濃厚，這一點將尤為有用。芯片設計交易所 (CDX) 正在努力實現芯片設計的開放格式，以克服標準化方面的挑戰，這對于促進芯片在各個領域的更廣泛采用是必不可少的。

芯片之間的通信對于實現互連和可靠性也至關重要。IDTechEx 報告稱，目前正在開發多種技術來實現這些目標，包括通用芯片互連快遞 (UCIe) 和線束 (BoW)。

新的測試方法正在涌現，以應對與芯片技術相關的挑戰。IDTechEx 強調使用可測試設計 (DFT) 和內置自測試 (BIST) 策略作為測試芯片的經濟可行解決方案。這些方法有助于克服測試互連芯片的復雜性，通過直接在芯片設計中實現故障檢測、診斷和優化，減少對外部測試設備的依賴。此外，正在開發分層測試和芯片間通信測試等先進技術，以確保跨芯片接口的全面測試覆蓋。

雖然測試策略側重于確保功能性和可靠性，但銅混合鍵合等鍵合方法的進步正在徹底改變芯片集成。銅混合鍵合消除了傳統的焊料凸塊，實現了超細間距連接，并提高了電氣和熱性能。這種鍵合技術支持更高的互連密度并降低寄生電阻，使其成為緊湊型高性能芯片系統的關鍵推動因素。