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隨著集成電路尺寸縮微，工藝制程技術(shù)的發(fā)展在穿孔、光刻、隧穿、散熱等方面都碰到了越來(lái)越多的技術(shù)瓶頸。要繼續(xù)推進(jìn)芯片性能提升，全球半導(dǎo)體領(lǐng)導(dǎo)廠商提出了不同的思路，包括從器件結(jié)構(gòu)、材料、封裝等方面來(lái)著手創(chuàng)新。而Chiplet逢此節(jié)點(diǎn)開始走向臺(tái)前，擔(dān)當(dāng)大任，但挑戰(zhàn)依然橫亙。在2021年伊始之際，就讓我們回望Chiplet走過(guò)的風(fēng)雨歷程以及未來(lái)的征途吧。
總體來(lái)看，Chiplet技術(shù)是SoC集成發(fā)展到一定程度之后的一種新的芯片設(shè)計(jì)方式，它通過(guò)將SoC分成較小的裸片（Die），再將這些模塊化的小芯片（裸片）互聯(lián)起來(lái)，采用新型封裝技術(shù)，將不同功能不同工藝制造的小芯片封裝在一起，成為一個(gè)異構(gòu)集成芯片。
Chiplet的概念早在10多年前就被提出了，為何在最近火熱起來(lái)了呢？廈門大學(xué)閩江學(xué)者特聘教授、博導(dǎo)，微電子與集成電路系主任于大全教授認(rèn)為，Chiplet技術(shù)的概念最初是從2.5D/3D IC封裝演變而來(lái)，以2.5D硅通孔中介層集成CPU/GPU和存儲(chǔ)器可以被歸類為Chiplet范疇。2013年，臺(tái)積電與賽靈思合作開發(fā)的FPGA就是一個(gè)典型案例。隨著摩爾定律發(fā)展進(jìn)一步放緩，工藝提升越來(lái)越困難，尤其是進(jìn)入到幾納米的工藝制程后只有很少的代工廠能做到，這種情況下，業(yè)界對(duì)Chiplet技術(shù)寄予厚望。Chiplet異構(gòu)集成封裝在一起有望解決因工藝提升困難而導(dǎo)致的芯片性能成本問(wèn)題。
正是采用了Chiplet技術(shù)，AMD EPYC 處理器成功實(shí)現(xiàn)了集成64核的高性能服務(wù)器芯片，如果采用之前的單一芯片設(shè)計(jì)，集成64核，在現(xiàn)有工藝下是不現(xiàn)實(shí)、也是不經(jīng)濟(jì)的。而AMD按功能需要?jiǎng)澐殖尚⌒酒?，采用最?yōu)的設(shè)計(jì)工藝制造，不僅可以降低成本，提升良率，讓多核復(fù)雜大芯片設(shè)計(jì)成為可能，同時(shí)，模塊化設(shè)計(jì)思路也可以提高芯片研發(fā)速度，降低研發(fā)成本。
于大全教授對(duì)此表示，以前的SoC芯片設(shè)計(jì)是系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)，而現(xiàn)在的Chiplet技術(shù)可以將CPU這樣的大芯片按功能拆分成不同功能模塊，分別設(shè)計(jì)，分別制造，根據(jù)需要選用適合的封裝技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)集成，從而實(shí)現(xiàn)了一個(gè)系統(tǒng)芯片的功能。
由光互聯(lián)論壇(OIF)定義的電氣I/O標(biāo)準(zhǔn)顯示，在超短距離和極短距離鏈路上（裸片與裸片互聯(lián)）數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)112Gbps。芯片設(shè)計(jì)公司在設(shè)計(jì)裸片與裸片之間的互聯(lián)接口時(shí)，首要保證的是高數(shù)據(jù)吞吐量，另外，數(shù)據(jù)延遲和誤碼率也是關(guān)鍵要求，還要考慮能效和鏈接距離。
在互連方面，設(shè)計(jì)廠商各出奇招。Marvell在推出模塊化芯片架構(gòu)時(shí)采用了Kandou總線接口； NVIDIA推出的用于GPU的高速互聯(lián)NV Link方案；英特爾免費(fèi)向外界授權(quán)的AIB高級(jí)接口總線協(xié)議；AMD推出的Infinity Fabrie總線互聯(lián)技術(shù)，以及用于存儲(chǔ)芯片堆疊互聯(lián)的HBM接口……這些都是芯片設(shè)計(jì)公司在致力實(shí)現(xiàn)高速互聯(lián)上的不同嘗試。
英特爾在異構(gòu)互聯(lián)的道路上已進(jìn)行了長(zhǎng)期投入，多年前就推出了EMIB技術(shù),最近又推出了Foveros3D立體封裝技術(shù)。不同于以往單純連接邏輯芯片、存儲(chǔ)芯片，F(xiàn)overos可以把不同邏輯芯片堆疊、連接在一起，可以“混搭”不同工藝、架構(gòu)、用途的IP模塊、各種內(nèi)存和I/O單元。
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封裝的演進(jìn)2，芯片技術(shù)將步入C