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What Are Chiplets and How Are They Used in Packaging? 什么是芯片组件以及它们在封装中如何使用? 1 min Guide Books 芯片是具有专门功能的小型集成电路(IC)芯片。这些设计用于组合成一个更大的集成电路,遵循半导体行业的异构集成趋势。从一系列小型、高度专业化的芯片中进行选择,然后将这些芯片混合匹配以产生所需的整体功能,这是从传统的片上系统(SoC)方法到半导体封装的一大进步。主要供应商已经生产了计算机处理器,这些处理器结合了选定数量的芯片,而不是走传统的单片半导体制造路线,在这种路线中,设备是在单片硅上制造的。 尽管芯片的概念已经存在了几十年,基于芯片的封装正在推动专门应用的新型组件、产品和系统的发展。这些组件针对特定应用进行了定制,越来越多的公司开始参与芯片设计游戏,以芯片作为其核心处理器。基于你在网上找到的研究论文、专利申请和技术文章的数量,很明显,基于芯片的组件将持续存在。 如果你是一名系统设计师,并且你在权衡处理器选项,你可能没有意识到芯片构成了你系统的基础。然而,芯片是支持现代芯片中发现的多样化功能的骨干,封装概念正在继续推动新功能的集成到芯片设计中。示例包括将FPGA块和AI加速器块与存储器、CPU甚至RF组件集成到同一封装中。 为什么选择芯片? 成本和性能是芯片设计和制造中最紧迫的两个问题。近年来,Dennard缩放和摩尔定律放缓,导致工艺技术节点之间的时间跨度变长。此外,随着设备缩放的可选项越来越少,单片芯片上的晶体管集成变得越来越具有挑战性。这些挑战由于制造过程成本更高而降低了单片半导体的投资回报率。 在相同晶体管尺寸的情况下,增加集成功能单元的唯一方法是扩大芯片面积,无论是在设备平面还是垂直方向上。增加芯片面积的问题在于,更大的芯片更容易受到制造缺陷的影响,这限制了晶圆产量并增加了交付给客户的产品价格。因此,随着计算需求的增加,单片芯片越来越无法提供所需的性能。 因此,为了支持像 设备上的AI/ML、超快网络、传感器融合和下一代移动设备等高计算应用,我们已经看到了基于芯片组的系统的出现,这对于成本有效地开发高性能电子产品至关重要。这已经从高级SoC扩展到桌面/服务器处理器和GPU。 攀越“面积墙” “面积墙”问题是由于高性能计算系统对大面积芯片的需求与半导体制造的低产量之间的不匹配造成的。面积墙指的是在单片半导体制造中的这一挑战,其中使用更大的芯片来增加特性密度,但缺陷计数也随之增加。随着制造处理能力转向更先进的节点,过程产量减少,因此最终客户的成本增加。因此,通过消除缺陷的机会来降低这些产品的制造风险始终是一个动力。 解决面积墙问题将通过在制造过程中减少浪费来降低最终产品的总成本。芯片组本质上通过将风险分散到多个半导体模块上来多样化产品的风险概况。最终结果是成本降低,并且与单片组件相比,功能的多样化程度大大提高。 成本降低 多个芯片组通过特殊的封装技术组合成一个更大的IC,作为单片结构的替代方案。由于芯片组在较小的区域上制造,通常在圆形晶圆上,制造缺陷的影响减少,面积利用率增加。因此,成本降低,因为当使用芯片组创建组件时,晶圆产量显著提高。 异构集成是芯片组的另一个显著优势,特别是在降低IC设计和生产成本方面。每个芯片组可以使用不同的工艺节点制造,这是 AMD透露其Ryzen 7产品所采用的方法。AMD的另一个例子是最近针对基于芯片组的GPU的专利;该系统的架构在下面的原始艺术作品中显示: 这种方法还可以将多种材料(例如,GaN和Si芯片组)组合到同一个封装中。使用不同的工艺技术节点降低了产品内置的总体风险;最高风险仅限于在先进的工艺节点生产的芯片组,而不是整个芯片。 设计复用 一旦开发了芯片组,就可以重复使用,从而降低了测试和验证的成本。通过使用芯片组模块,芯片设计过程的成本效率显著提高,因为它们可以被重复使用。芯片组重用的一个场景是,只设计和制造IC的核心芯片组,而包装中的其余芯片组则从另一个供应商处获得。采用这种方法,使用来自多个供应商的现成芯片组,或者在新设计中重用IP,大大降低了产品的总体设计和验证成本。 如果系统需要任何更新,可以在包装内将一个芯片组更换为另一个芯片组。请注意,包装本身可能需要更新,但这比重新设计整个单片组件要容易得多。系统的一小部分也可以重新设计,而不会产生在 阅读文章