Chiplet将彻底改变半导体设计和制造

本文由半导体产业纵横（ID：ICVIEWS）编译自IDTechEx全球Chiplet市场正在经历显著增长，预计到2035年将达到4110亿美元。

在快速发展的半导体领域，小芯片技术正在成为一种开创性的方法，解决传统单片系统级芯片（SoC）设计面临的许多挑战。随着摩尔定律的放缓，半导体行业正在寻求创新的解决方案，以提高性能和功能，而不只是增加晶体管密度。小芯片提供了有前途的前进道路，在芯片设计和制造中提供了灵活性、模块化、可定制性、效率和成本效益。像AMD和Intel这样的公司一直处于这一技术的最前沿，AMD的EPYC处理器和Intel的Ponte Vecchio数据中心GPU等产品展示了小芯片在增加核心数量和集成多种功能方面的潜力。芯片组是分立的模块化半导体元件，在集成到更大的系统之前，是共同设计和制造的。这种方法类似于模块上的SoC，每个小芯片被设计为与其他芯片协同工作，因此在设计时需要进行共同优化。芯片的模块化与关键的半导体趋势，如IP芯片化，集成异构性，和I/O增量。芯片还与异构集成和高级封装相关联。

SoC 与 Chiplet 概念。来源：IDTechEx

为什么小芯片越来越受欢迎

摩尔定律的放缓使得在有限的面积内添加更多晶体管变得越来越困难。相反，重点已转移到提高功能密度 - 这是芯片设计的优势领域。与此同时，开发工作越来越多地集中在系统级集成上，而不仅仅是晶圆制造。采用小芯片技术是因为它能够解决传统单片芯片设计固有的几个关键限制。其中一个优势是它能够克服诸如标线尺寸和内存壁等限制，而这些限制传统上会阻碍半导体器件的性能和可扩展性。通过将芯片功能模块化为离散的小芯片，制造商可以更有效地优化半导体材料和处理节点的使用。此外，小芯片可以更好地利用晶圆角空间，降低芯片缺陷率，而这些缺陷在传统芯片设计中往往未得到充分利用，尤其是在需要越来越多功能的大型 SoC 中。在集成之前，可以单独测试和验证离散组件。因此，制造良率会提高，从而提高产出质量并降低单位成本。此外，小芯片有助于实现更灵活的设计流程，无需全新的芯片设计即可集成针对特定应用量身定制的各种功能。这种灵活性缩短了开发时间和成本，并可以快速适应不断变化的技术需求。小芯片的特性使制造商能够从不同地区的多家供应商处采购不同的零部件。这种多样化减少了对任何单一供应商或地理区域的依赖，从而增强了供应链的弹性。在贸易限制的背景下，小芯片技术通过降低与供应中断相关的风险提供了战略优势。通过采用小芯片设计，公司可以更有效地应对这些限制，确保关键零部件的稳定供应，而无需过度依赖进口。总的来说，这些因素使得小芯片技术对于寻求提高性能同时保持经济效率的制造商来说是一个有吸引力的选择。

通过 chiplet 设计实现的新功能/设计。来源：IDTechEx

当前市场格局

全球小芯片市场正在经历显著增长，预计到 2035 年将达到 4110 亿美元，这得益于数据中心和人工智能等行业的高性能计算需求。小芯片的模块化特性允许快速创新和定制，满足特定市场需求，同时缩短开发时间和成本。虽然小芯片具有众多优势，但它们也带来了新的挑战。多个小芯片的集成需要先进的互连技术和标准，以确保组件之间的无缝通信。热管理是另一个关键领域，因为如果管理不当，功能密度的增加可能会导致过热。这些挑战为供应链中的各个参与者带来了机遇。例如，小芯片设计中封装的不同区域需要不同类型的底部填充材料来满足特定需求，例如保护芯片本身，提供机械支撑和热稳定性，以及保护连接小芯片的精密导线和焊球，防止出现分层或分离等问题。这就需要创新材料来提高可靠性和性能。

审核编辑 黄宇