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Este vídeo/artículo es parte de TechXchange: Chiplets: conocimientos sobre automatización del diseño electrónico.
Lo que vas a aprender:
- ¿Cuáles son las ventajas de utilizar chiplets?
- Desafíos que surgen al implementar chiplets.
En el vídeo de arriba, Bill Wong de Diseño Electrónico habla con Syed Alam, líder global de la industria de alta tecnología en Accenture, sobre la aparición de los chiplets y cómo pueden ayudar a enfrentar los desafíos de la Ley de Moore. El siguiente artículo entra en más detalles sobre la tecnología.
En las últimas décadas, la mayoría de los avances, capacidades e innovaciones en semiconductores se han producido en la fase inicial. Con este avance tecnológico vienen diseños cada vez más complejos y geometrías más pequeñas, que actualmente culminan en el nodo de proceso de 3 nm. Sin embargo, recientemente, implementar la Ley de Moore se ha vuelto más difícil y costoso, por lo que construir un chip de 5 nm ahora es más costoso que construir chips de 10 y 7 nm combinados.
A medida que los beneficios del escalamiento continúan disminuyendo con cada nuevo nodo, los fabricantes de chips están recurriendo a un concepto de hace casi una década: en lugar de fabricar un chip en una sola pieza de silicio, combinan chips funcionales individuales, también llamados «chiplets». será la próxima frontera para hacer realidad la Ley de Moore y la fabricación avanzada a gran escala.
Principales arquitecturas involucradas en el diseño de chiplets
Como se mencionó anteriormente, fabricar un chip en una sola pieza de silicio (comúnmente conocido como sistemas en chips o SoC) ha resultado en costos disparados. Una forma de lograr el mismo nivel de rendimiento a una fracción del costo es combinar conjuntos de chips con diferentes características. Hay tres diseños arquitectónicos comunes para compilar chiplets:
- Enjambre: Fan-Out utiliza capas de división y redistribución para combinar diferentes chiplets. Fan-Out no es tan rápido ni tan eficiente energéticamente como otros sistemas arquitectónicos, pero es más fácil de probar y, por lo tanto, tiene un tiempo de comercialización más rápido.
- 2.5D: La metodología de empaquetado 2.5D utiliza un intercalador para la comunicación apilada entre chipsets, lo que da como resultado una mayor velocidad de comunicación. Se puede combinar con módulos de memoria apilados para crear módulos de alto rendimiento. Sin embargo, los intercaladores que permiten la arquitectura 2,5D son caros en comparación con otros métodos.
- 3D: 3D es la misma idea básica que 2.5D con apilamiento de chips, pero implica apilar lógica en chips lógicos utilizando Through Silicon Vias (TSV) para lograr diseños de chips de mayor rendimiento.
Por qué las grandes empresas confían en los chiplets
Empresas como AMD e Intel llevan algún tiempo desarrollando sus propios chiplets e interconexiones, aunque en su mayoría utilizan componentes y diseños propietarios. Mientras tanto, otras empresas de semiconductores como NVIDIA también están explorando chiplets, impulsadas por la disminución de los beneficios de potencia y rendimiento obtenidos al pasar a nuevos nodos, así como por la creciente complejidad y costo de escalamiento.
Este cambio no ha pasado desapercibido para los países que quieren fortalecer su producción nacional. El año pasado, la Ley de Chips y Ciencia de Estados Unidos aprobó 2.500 millones de dólares para un programa avanzado de investigación y desarrollo de envases, mientras que China ofrece exenciones fiscales e incentivos para inversiones similares.
A medida que los requisitos se vuelven más complejos, el empaquetado avanzado parece ser una forma rentable de combinar chips y al mismo tiempo reducir los retrasos de RC. Los chiplets también facilitan un desarrollo más rápido de sistemas complejos y personalizables, al tiempo que permiten obtener chips de múltiples proveedores, lo que reduce la barrera de entrada y reduce el riesgo de interrupciones en el suministro.
Además, los chiplets pueden ayudar a la industria a gestionar mejor los problemas térmicos actuales que se encuentran en las arquitecturas avanzadas. Esto, a su vez, mejorará la confiabilidad en comparación con los SoC tradicionales.
Para los chiplets, los desafíos persisten
Como se mencionó anteriormente, el concepto de chiplets no es nuevo, pero su adopción en chips modernos es mucho más compleja que la de los módulos multichip del pasado. Esta es una de las razones por las que las fundiciones y los fabricantes de dispositivos integrados están construyendo sus propios ecosistemas.
Sin embargo, será mucho más difícil crear un mercado comercial de chiplets en el que los chips de diferentes proveedores se desarrollen de acuerdo con estándares acordados para que sean compatibles entre sí y verdaderamente plug-and-play. Estos esfuerzos requieren la colaboración de toda la industria y podría llevar casi una década lograr un avance en toda la industria. Recientemente, las principales empresas de semiconductores han formado un consorcio llamado Universal Chiplet Interconnect Express (UCIe), que podría servir como base para un futuro estado de múltiples proveedores.
Para aprovechar el potencial de los chiplets como próximo hito en la innovación de semiconductores, el abastecimiento, la fabricación y el empaquetado deben realizarse de manera estandarizada, repetible y escalable.
Chiplets: allanando el camino hacia un mundo más inteligente
En un momento en que la fabricación de nodos avanzados y la implementación de la Ley de Moore se vuelven cada vez más complejas y costosas, los chiplets aparecen como una forma viable de lograr flexibilidad en el diseño, reducir el tiempo y los costos de desarrollo y reducir el consumo de energía. Sin embargo, esto requiere un esfuerzo coordinado para redefinir los requisitos del ecosistema de semiconductores para permitir la interoperabilidad e integración en toda la industria.
Los chiplets tienen todos los ingredientes que permiten el próximo avance en el rendimiento de los chips. Las inversiones de los principales actores de la industria, los programas de incentivos gubernamentales (por ejemplo, la Ley CHIPS, la Ley CHIPS de la UE, etc.) y las asociaciones de ecosistemas pueden trabajar juntos para hacer de los chiplets un enfoque que cuente con el apoyo de toda la industria. La implicación es enorme: los chiplets resolverán inevitablemente desafíos de larga data de la industria, como el aumento de los costos y las interrupciones en el suministro, y conducirán a un mundo donde los dispositivos serán más inteligentes que nunca.
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