Chiplet 作为扩展复杂芯片和摆脱光罩限制的革命性解决方案，其采用受到整个行业的关注。在这篇文章中，我们将深入探讨阻碍Chiplet广泛采用的 5 大挑战，以及行业如何克服这些挑战以释放这项变革性技术的全部潜力。
什么是Chiplet？
Chiplet是一种小型半导体芯片，在集成电路中执行特定功能。其不是创建单个单片芯片来处理所有功能，而是允许将不同的组件或功能分解到单独的芯片中。
这些小芯片可以独立设计、制造和测试，从而为半导体开发提供灵活性和可扩展性。
采用 Chiplet 的是未来的选择？
原因如下：
可扩展性：
其提供了一种可扩展的解决方案，以克服半导体制造中掩模版尺寸带来的限制。设计人员可以使用多个小芯片创建可扩展的架构，而不是突破单个大型芯片的界限，每个小芯片专门用于特定任务。
灵活性：
其提供了一种模块化的芯片设计方法，允许设计人员根据其特定要求混合和匹配不同的组件。这种灵活性使得能够为从消费电子产品到数据中心的各种应用量身定制解决方案。
上市时间：
独立开发更小的芯片可以潜在地减少将产品推向市场所需的时间。它允许并行开发不同的组件，从而简化整体设计和制造过程。
成本效益：
其允许在各种产品中重复使用标准化的Chiplet设计，从而有助于节省成本。此外，其模块化的特性使公司能够专注于优化单个Chiplet的生产，从而有可能提高良率并降低整体制造成本。
性能优化：
通过为专用任务定制特定的Chiplet，为优化性能提供了途径。这种专业化可以带来更高效、更节能的设计，从而提高整体系统性能。
采用 Chiplet 技术的 5 大挑战
1. 晶圆管理：效率最大化，成本最小化
基本挑战之一是晶圆的复杂管理。在基于Chiplet的设计中，单个芯片可以包含多个小芯片，每个小芯片在单独的晶圆上制造。
例如，具有 N 个小芯片的 XPU 将需要 N 个晶圆，这使得制造、测试和组装过程复杂化。通过异构集成将这些不同的晶圆合并到一个有凝聚力的封装中，会带来复杂性、时间敏感性和出错的可能性增加。
此外，每个设计管理多个晶圆的成本影响构成了一个重大障碍，挑战了基于Chiplet的方法的经济可行性。
例： 假设一家半导体公司使用Chiplet技术开发高性能图形处理单元 （GPU）。GPU 由多个小芯片组成，每个小芯片负责着色器处理、内存管理和渲染等特定功能。
为了最大限度地提高效率并最大限度地降低晶圆管理成本，该公司实施了先进的调度算法，以优化专用晶圆上每个小芯片的生产。
这种策略有助于简化制造过程，并确保每个晶圆都符合所需的规格，从而有助于实现更具成本效益的生产管道。
2. 良率挑战：提高小芯片制造的生产率
良率管理是半导体制造的一个关键方面，而小芯片为这一过程带来了新的复杂性。
尽管由于芯片区域的划分较大，设计不太复杂的小芯片似乎具有优势，但随着小芯片数量的增加，良率检查过程变得越来越耗时。跨多个小芯片管理规格使良率优化过程进一步复杂化。
为了缓解这种情况，一些人建议将较大的区块合并到单个小芯片中，但在实现和管理所需产量方面仍然存在挑战。
该行业必须解决这些良率挑战，使小芯片成为传统聚合芯片设计的真正可行替代品。
例： 一家半导体制造商正在为下一代人工智能 (AI) 处理器生产Chiplet。认识到与多个小芯片相关的良率挑战，该公司投资了先进的机器学习算法来分析每次制造运行的数据。
通过利用预测分析，制造商可以在流程的早期识别潜在的良率问题，从而进行主动调整以优化制造条件。
这种方法不仅可以提高整体生产率，还可以确保最终的小芯片产品符合质量标准，从而减少与产量相关的挫折的可能性。
3. 测试效率：简化流程以实现最佳性能
Chiplet的高效测试是另一个重大障碍。由于每个Chiplet都驻留在一个独特的晶圆上，因此测试过程成为整个开发流程中至关重要且资源密集型的部分。
将多个晶圆整合在一起以创建最终硅芯片会放大测试要求，从而需要额外的资源和测试硬件。由此导致的测试成本增加引发了人们对基于Chiplet的设计与传统聚合方法相比的整体经济可行性的质疑。
该行业必须开发简化的测试流程，以优化效率并最大限度地降低与小芯片测试相关的成本。
例： 想象一下，一家科技巨头正在为智能手机开发基于Chiplet的片上系统 (SoC)。由于许多小芯片有助于实现不同的功能，因此测试效率成为一个至关重要的问题。
该公司实施了一个全面的自动化测试框架，该框架集成了每个Chiplet的独特测试要求。该框架允许同时测试多个小芯片，从而大大减少了测试时间和资源需求。
因此，该公司实现了更高效的测试流程，确保了基于Chiplet的 SoC 的可靠性和性能。
4. 成本影响：平衡创新与可负担性
Chiplet的采用带来了半导体制造成本动态的转变。由于管理多个晶圆的固有复杂性，制造、测试和组装小芯片的成本会上升。
平衡这些费用对于防止Chiplet成为聚合芯片设计的昂贵替代品至关重要。虽然Chiplet被定位为一种超越摩尔的解决方案，但成本优化对于其广泛接受至关重要。
挑战在于管理与设计像十字线一样大的芯片相关的增加成本，同时保持基于Chiplet的方法的经济可行性。
例： 一家初创公司正在开创Chiplet技术，为边缘计算设备创建具有成本效益的解决方案。认识到与管理多个晶圆相关的成本影响，这家初创公司采用了模块化Chiplet设计方法。
通过开发可在不同产品线中重复使用的标准化Chiplet模块，该公司最大限度地减少了对定制制造工艺的需求，从而降低了总体成本。
这种方法使初创企业能够在Chiplet设计的创新与可负担性之间取得平衡，使他们的产品在市场上具有竞争力。
5. 人力资源需求：为未来培养专业知识
采用Chiplet的一个较少讨论但同样关键的方面是对人力资源的需求增加。
开发和管理基于Chiplet的设计需要一支技术娴熟的员工队伍，他们具备处理多个小芯片复杂性的专业知识，这增加了整体开发成本。
与聚合方法相比，基于Chiplet的设计需要更广泛的人才库，这有助于公司必须仔细权衡的经济考虑因素。
例：某半导体研究机构处于Chiplet技术开发的最前沿。该研究所了解熟练劳动力的重要性，与大学合作开设了小芯片设计和制造方面的专业课程。
通过积极为未来工程师和研究人员的教育和培训做出贡献，该研究所确保了具备基于小芯片设计所需专业知识的人才的稳定供应。
这种积极主动的人力资源建设方法满足了行业对小芯片领域熟练专业人员的需求。
结论：
在半导体设计的动态领域，克服 5 个关键调整对于 Chiplet技术 的广泛接受，以及探索行业如何应对这些挑战、促进创新并重塑半导体设计和制造的未来至关重要。
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