摩爾定律可能還沒(méi)有死,，但它肯定在 28nm 工藝節(jié)點(diǎn)之外受到了重大挑戰(zhàn),。幸運(yùn)的是,，有一些方法可以擴(kuò)展摩爾定律的成本,、功能和尺寸優(yōu)勢(shì),。其中一種方法就是使用chiplet（或模塊化管芯）,，通過(guò)將單個(gè)硅die替換為多個(gè)在統(tǒng)一封裝解決方案中協(xié)同工作的較小die，從而有效地繞過(guò)摩爾定律。

　　與單片微芯片相比,，這種方法提供了更多的硅來(lái)添加晶體管,。因此，預(yù)計(jì)小芯片將回到自 1965 年以來(lái)一直是半導(dǎo)體業(yè)務(wù)基石經(jīng)濟(jì)的兩年翻番周期,。

　　據(jù) Omdia 稱,，在制造過(guò)程中使用小芯片的處理器微芯片的全球市場(chǎng)將在 2024 年擴(kuò)大到 58 億美元，比 2018 年的 6.45 億美元增長(zhǎng)九倍,。

　　許多主要的芯片制造商正在將小芯片集成到他們的設(shè)計(jì)中,。例如，英特爾最近透露了其先進(jìn)封裝戰(zhàn)略的新增內(nèi)容,，并推出了兩種新的 3D 芯片堆疊技術(shù)——Foveros Direct 和 Foveros Omi,。到 2023 年，這兩種封裝技術(shù)都將準(zhǔn)備好進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn),。前者涉及可以在其上堆疊chiplet的基片,。相反，Omni 將允許底部模具與頂部模具的尺寸不同,。

　　小芯片并非沒(méi)有挑戰(zhàn),，但它們確實(shí)提供了許多好處。使用小芯片方法,，供應(yīng)商可以從庫(kù)中的模塊化die菜單中進(jìn)行選擇,。小芯片可以具有不同的功能和工藝節(jié)點(diǎn)，它們可以混合搭配,，然后組裝在現(xiàn)有的高級(jí)封裝或新架構(gòu)中,。

　　是什么推動(dòng)了小芯片的發(fā)展？Kandou創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 Amin Shokrollahi博士認(rèn)為,，有五個(gè)因素的組合：

　　1,、芯片流片成本上升。mask本身可能價(jià)值數(shù)百萬(wàn)美元,。

　　2,、越來(lái)越大的芯片的趨勢(shì)。一些已經(jīng)達(dá)到了光罩限制,，而另一些則剛剛遭受了良率損失,。

　　3,、將小芯片綁定在一起的多種技術(shù)的可用性,，包括精細(xì)幾何和傳統(tǒng)的有機(jī)封裝基板。

　　4,、需要在特定于該功能的工藝節(jié)點(diǎn)和代工廠中擁有每個(gè)功能,。小芯片允許混合和匹配不同的幾何形狀和不同的代工廠。

　　5、需要靈活地提供產(chǎn)品以滿足各種市場(chǎng)需求,。小芯片使多個(gè)產(chǎn)品能夠由相同的幾個(gè)小芯片制成,。

　　芯片設(shè)計(jì)人員如何為他們的產(chǎn)品利用小芯片封裝？雖然重要的半導(dǎo)體 EDA 工具公司提供專有軟件,，但大多數(shù)市場(chǎng)尚無(wú)法使用小芯片工具,。此外，仍在為這種新興技術(shù)制定標(biāo)準(zhǔn),。但是有一些關(guān)鍵的考慮將有助于今天的設(shè)計(jì)師,。

　　Shokrollahi 解釋說(shuō)，重要的是要意識(shí)到在小芯片之間使用精細(xì)幾何互連會(huì)導(dǎo)致一些產(chǎn)量損失,、制造復(fù)雜性和整體問(wèn)題,。

　　“有一些方法可以有效集成小芯片，完全避免使用精細(xì)幾何互連,，”Shokrollahi 說(shuō),。“使用 SerDes 連接安裝在傳統(tǒng)有機(jī)封裝基板上的小芯片可以避免這些問(wèn)題,。低功耗,、超短距離 USR/XSR SerDes 是小芯片之間高速互連的首選解決方案?！?/p>

　　仔細(xì)地將大芯片細(xì)分為tile是一門(mén)藝術(shù),。做得好，收益會(huì)很大,。一個(gè)常見(jiàn)的錯(cuò)誤是擁有一個(gè)只有 SerDes 的 I/O 小芯片,，這導(dǎo)致該 I/O 小芯片太小，浪費(fèi)了縮小較大主處理塊的機(jī)會(huì),。Shokrollahi 說(shuō),，更好的方法是將盡可能多的 I/O 子系統(tǒng)放在 I/O 小芯片上。這可以包括 TCP 卸載,、數(shù)據(jù)包分段,、信用管理、前向糾錯(cuò)和成幀塊,，以及 SerDes,。該解決方案需要一個(gè)通向 I/O 小芯片的管道，而不僅僅是 SerDes,。

　　處理小芯片通?？梢砸云戒佇问綇?fù)制。這些tile使不同的產(chǎn)品具有不同數(shù)量的小芯片tile,。在這個(gè) tile 解決方案中只需要兩種類型的小芯片,，一種是 tile 小芯片,，一種是 I/O 小芯片。路由器結(jié)構(gòu)或環(huán)面網(wǎng)絡(luò)通常被設(shè)計(jì)為管理彼此不相連的tile之間的連接,。

　　Shokrollahi 指出,，OIF（Optical Internetworking Forum ） 的兩個(gè)項(xiàng)目將為連接小芯片的 SerDes 制定互操作性協(xié)議 （IA）。第一個(gè)是CEI-112G-MCM（多芯片模塊）項(xiàng)目,，第二個(gè)是CEI-112-XSR項(xiàng)目,。MCM項(xiàng)目使用CNRZ-5調(diào)制；XSR 項(xiàng)目使用 PAM-4 調(diào)制,。這兩個(gè)正在進(jìn)行的項(xiàng)目具有不同的特性,，并以不同的方式進(jìn)行了優(yōu)化?；?MCM IA 的 SerDes 可能具有較低的功率,，并且在粗管應(yīng)用中很有用?；?XSR IA 的 SerDes 在細(xì)管應(yīng)用中很有用,，并且與現(xiàn)有系統(tǒng)更兼容。

　　使用 SerDes 與這兩個(gè) IA 中的任何一個(gè)來(lái)連接 MCM 內(nèi)的小芯片可以簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā),，因?yàn)樗鼈儽苊饬司?xì)幾何互連,，例如芯片上晶圓基板 （ CoWoS ） 或 INFO，Shokrollahi 表示,。SerDes 實(shí)現(xiàn)的延遲比在細(xì)間距interposer上使用導(dǎo)線的延遲略高,。然而，低速互連的慢時(shí)鐘速率意味著這些解決方案可能具有至少兩個(gè)慢時(shí)鐘的延遲,。SerDes 解決方案還具有必須解決的錯(cuò)誤率,。XSR PAM-4 SerDes 實(shí)現(xiàn)旨在通過(guò)傳統(tǒng)的前向糾錯(cuò) （FEC） 塊提高 1E-9 的原始錯(cuò)誤率。MCM CNRZ-5 SerDes 實(shí)現(xiàn)旨在通過(guò)最小的低延遲 FEC 將原始錯(cuò)誤率提高到 1E-15,。