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Chiplet成大芯片設(shè)計(jì)主流方式,開啟IP復(fù)用新模式

Felix分析 ? 來源:電子發(fā)燒友網(wǎng) ? 作者:吳子鵬 ? 2024-01-12 00:55 ? 次閱讀

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道(文/吳子鵬)Chiplet又稱“小芯片”或“芯?!保菍⒁粋€(gè)功能豐富且面積較大的芯片裸片(die)拆分成多個(gè)芯粒(chiplet)。Chiplet技術(shù)讓芯片從設(shè)計(jì)之初就按照不同的計(jì)算單元或功能單元對(duì)其進(jìn)行分解,然后每個(gè)單元選擇最適合的工藝制程進(jìn)行制造,再將這些模塊化的裸片互聯(lián)起來,降低芯片設(shè)計(jì)的成本和難度。


Chiplet模型已經(jīng)被證明是可行的,目前AMD、英特爾博通和Marvell等公司都已經(jīng)推出自己的Chiplet架構(gòu)芯片。Chiplet是能實(shí)現(xiàn)特定功能的、未經(jīng)封裝的裸芯片(die),提升 IP 模塊經(jīng)濟(jì)性和復(fù)用性。因此,Chiplet對(duì)IP產(chǎn)業(yè)發(fā)展有重大影響。

Chiplet革新IP業(yè)務(wù)模式

Chiplet提出的大背景是摩爾定律發(fā)展已經(jīng)失效,就連英特爾公司CEO帕特?基辛格都已經(jīng)承認(rèn),以現(xiàn)在的發(fā)展速度,晶體管數(shù)量接近每三年翻一番,實(shí)際上已經(jīng)落后于摩爾定律的速度了。而Chiplet理念讓芯片產(chǎn)業(yè)能夠重耕此前的代工制程,通俗的理解就是,基于10nm工藝能夠打造出7nm芯片的性能。

Chiplet讓芯片設(shè)計(jì)呈現(xiàn)全新的特點(diǎn),首先第一個(gè)就是IP芯片化。傳統(tǒng)意義上,IP可以分為硬核、軟件和固核,Chiplet則更像是一種硬核方案,這樣一些IP就需要芯片公司自己設(shè)計(jì)生產(chǎn)了,或者不需要跟隨處理器內(nèi)核一起完成制造,最終芯片公司自己設(shè)計(jì)的產(chǎn)品、特殊功能的Chiplet被統(tǒng)一封裝在一起。那么,這些IP實(shí)際上更像是一種小芯片,所以被稱為IP芯片化。

一般而言,硬核是不可定制的,就是用于執(zhí)行特殊的功能,比如一些DSA,專門面向特定的功能而設(shè)計(jì),比如專門進(jìn)行張量計(jì)算的TPU,或者各種加速器,以及網(wǎng)絡(luò)接口IP等。當(dāng)然,像模擬電路這種對(duì)制程不敏感的也可以用Chiplet。這樣就讓芯片設(shè)計(jì)主體部分達(dá)到最小化,從而提升設(shè)計(jì)效率,縮短上市周期。

雖然市場(chǎng)也有同構(gòu)集成的Chiplet芯片,比如AMD公司的第一代服務(wù)器CPU Epyc,不過理論來說,最能發(fā)揮Chiplet效能的是異質(zhì)、異構(gòu)集成。異質(zhì)就是指裸片基于不同材質(zhì)和不同工藝制造而成,異構(gòu)則是指不同功能、不同架構(gòu)的新品巧妙地集成在一起。

所以說Chiplet更像是IP芯片化,因?yàn)檐浐撕凸毯诉€有一定的定制屬性,在芯片設(shè)計(jì)過程中還能夠根據(jù)需求去做更改,Chiplet就很簡(jiǎn)單粗暴,直接拿過來封裝就可以了,基本不具備再開發(fā)屬性。

所以說,Chiplet會(huì)帶來一些IP設(shè)計(jì)服務(wù)的變化,具有芯片設(shè)計(jì)能力的IP供應(yīng)商可以根據(jù)芯片公司的需求將一些IP打造成Chiplet,達(dá)到硅片級(jí)別的IP復(fù)用。從這個(gè)層面來說,具有芯片設(shè)計(jì)能力或者經(jīng)驗(yàn)的IP供應(yīng)商會(huì)更有機(jī)會(huì)。

接口IP是Chiplet的大藍(lán)海?

雖然市場(chǎng)上已經(jīng)有Chiplet的成功案例,不過主要是大廠自己主導(dǎo)的,有很強(qiáng)的封閉性,因此Chiplet還需要解決一些問題,比如連接標(biāo)準(zhǔn)、封裝檢測(cè)、軟件配合等。

雖然現(xiàn)在英特爾、AMD、ARM、高通、三星、臺(tái)積電、日月光、Google Cloud、Meta和微軟等公司聯(lián)合推出了UCIe——Universal Chiplet Interconnect Express,Die-to-Die互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn),不過到目前為止,已經(jīng)成功商用的Die-to-Die互連接口協(xié)議多達(dá)十幾種,要統(tǒng)一并不容易,比如串行接口及協(xié)議有LR、MR、VSR、XSR、USR、PCIe、NVLink;Cache一致性標(biāo)準(zhǔn)有CXL、CCIX、TileLink、OpenCAPI等。不過,如果要最大化發(fā)揮Chiplet的威力,統(tǒng)一的互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)是不可或缺的。

目前Chiplet讓產(chǎn)業(yè)界看到的一大潛能是接口IP的用量增加。從具體分類來看,接口IP分為有線接口IP和無線接口IP,有線接口IP包括USB、PCIe、DDRSATA、D2D等;無線接口IP主要包括藍(lán)牙Zigbee、Thread等。由于Chiplet把芯片切分成不同的小芯片并互聯(lián),相較于CPU對(duì)外的方式,接口用量會(huì)大增,因此面積小、功耗低、高帶寬的接口IP會(huì)是一個(gè)關(guān)鍵。據(jù)IPnest預(yù)測(cè),2025年接口IP市占率有望超過CPU,成為排名第一的IP品類。

由于目前Chiplet主要和數(shù)據(jù)處理芯片掛鉤,因此PCIe IP、DDR IP以及以太網(wǎng)/D2D的發(fā)展機(jī)會(huì)最大,這幾類接口IP在2022年-2026年都將以超過27%的年復(fù)合增長(zhǎng)率高速增長(zhǎng)。

小結(jié)

Chiplet會(huì)改變IP產(chǎn)業(yè)的商業(yè)模式,其方式類似硬核,不過準(zhǔn)確地說是IP芯片化,和過往的硬核依然是有區(qū)別的。由于Chiplet最終要作用于大芯片中,因此IP公司需要對(duì)芯片架構(gòu)、芯片互聯(lián)和封裝等有深度的理解,需要有芯片設(shè)計(jì)能力,這將成為一道分水嶺。從IP類型來看,接口IP未來今年將會(huì)捕捉到巨大的機(jī)會(huì)。

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