被寄予厚望的Chiplet技术

关键词：Chiplet、SoC

1.   Chiplet技术

Chiplet又称“小芯片”或“芯粒”，它是将一个功能丰富且面积较大的芯片裸片（die）拆分成多个芯粒（chiplet），并将这些具有特定功能的芯粒通过先进封装的形式组合在一起，最终形成一个系统芯片。

（图片来源：知乎）

举例来说，在一颗7nm工艺制程的芯片中，一些次要模块可以用如22nm的较低的工艺制程做成Chiplet，再“拼装”至7nm芯片上，原理如同搭积木一样，这样可以减少对7nm工艺制程的依赖。这里之所以大多采用22nm，主要是因为芯片工艺发展下，总体芯片的设计成本增加。在22nm工艺之后，每代技术的设计成本增长或超过50%，像7nm的总设计成本约为3亿美元，而3nm成本相比而言是7nm的5倍。达到15亿美元。所以采用低成本的进行Chiplet“拼装”，还可以增加性价比。

（图片来源：知乎）

而目前市场主流的SoC（System-on-a-chip）技术则相反，它是将多个负责不同功能的电路块通过光刻的形式制作到同一芯片裸片（die）上，如手机SoC芯片，基本形成了CPU、GPU、ISP、NPU、Modem等不同功能的计算处理单元和诸多的接口IP。SoC技术和Chiplet技术的关系示意图，如下所示：

（图片来源：百度文库）

2.  Chiplet的优缺点

优点

①　降低复杂性。Chiplet技术的优势在于它可以将复杂的电路拆解成一系列可以容易地在一起工作的单独模块，使电路更容易设计、制造和测量，从而可以将产品的复杂性降低到最低水平。

②　可扩展性。Chiplet技术能够支持多种功能片的集成，可以根据应用需求添加芯片，可以加快系统的扩展，大大提升系统的性能。

③　可缩放性。Chiplet可以支持应用尺寸缩放，传统的做法是将复杂的逻辑电路分解成一堆小的静态器件，然后针对每个组件单独进行设计，但是由于Chiplet技术具有可缩放性，因此可以将多个器件封装到一起，大大简化了设计流程。

④　降低成本。Chiplet技术可以降低产品的单位成本，因为它可以重复利用硬件，减少冗余组件和单元，从而降低复杂性，除此之外，由于Chiplet技术可以进行并行设计、制造和测试，因此也可以缩短开发时间并降低生活成本。

 缺点

①　布线复杂度。由于Chiplet可以将复杂的电路拆解成一系列模块，因此封装布线会变得复杂，使之成为构建芯片的一个重要环节。

②　数据处理难度。Chiplet技术可以拆解数据处理器的复杂性，但是这需要在每个子模块直接添加一系列连接，以便所有模块之间进行数据交换，这非常复杂。

③　寿命低。Chiplet技术可以强调灵活性和复杂性，但是相对于传统的单芯片设计，子模块的耐久性可能较差，这将对系统的整体可靠性产生负面影响。

④　高维护成本。由于Chiplet技术的高度模块化，如果发生故障，就需要将故障点定位到某个具体的子模块。唯一的解决方法就是将这模块使用更高成本的部件更换掉，去替代发生故障的部件。

3.   Chiplet的应用

Chiplet主要使用于大规模计算和异构计算，有望率先落地的领域有：平板电脑应用处理器、自动驾驶域处理器、数据中心应用处理器三个领域。其中，Chiplet技术在自动驾驶领域中获得快速应用的主要驱动力有三：

1)  当把计算和功能模块以Chiplet的方式单独做好车规验证工作，然后通过增加特定Chiplet来升级汽车芯片，可以大幅简化汽车芯片迭代时的设计工作和车规流程。

2)  由于几颗Chiplet同时失效的概率远低于一颗汽车芯片失效的概率，因此也增加了汽车芯片的可靠性。

3)  Chiplet架构支持将高安全等级的相关功能放在一颗Die内，娱乐交互相关功能继承于另一颗Die，实现不同安全等级的子系统之间的有效隔离，从而有效提升汽车的安全性。

参考文献：

1.   小小个的绵绵：https://zhuanlan.zhihu.com/p/555096750

2.   八点专利数据：

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1758043782419585319&wfr=spider&for=pc

3.   财经先锋营：http://news.sohu.com/a/578095180_674046

4.   科闻访谈：http://news.sohu.com/a/668093563_121296548