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（原标题：Chiplet和异构集成到底是什么？）激情五月天

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开首：内容来自semiengineering，谢谢。

新时期催生新术语，但这些新次第的早期可能会令东说念主困惑。

“chiplet”和“异构集成”这两个术语充斥着新闻版面、会论说文和营销演示文稿，大大批工程师齐能领会他们所读到的内容。但演讲者无意会在演讲过程中防止，试图弄明晰某个特定的芯片是否适应 chiplet 的条目，而异构集成对不同的东说念主有不同的含义。这两个术语齐枯竭公认的界说，无法匡助领会咫尺困扰这两个术语的隐迷糊别。

关于一些行业大家来说，存在芯片盘曲口就意味着硅片不错称为 chiplet。当谈到异构集成时，不对就大得多，在商讨中彭胀不同的程序时，一个东说念主的界说可能会发生变化。今天，这种商讨可能显得迂腐，但从永远来看，走漏一致的界说可能会刺激这种新兴架构的发展。

什么是chiplet？

收成于异构集成的发展（稍后会详备先容），chiplet如今已成为热点话题。将 SoC 明白为闹翻组件在某种进程上道理要紧。但将多个芯片集成到单个封装中并非崭新事。多芯片模块 (MCM) 多年来一直如斯，主要用于不太受眷注的非主流利用。

在 MCM 中，构成元件频频是以封装格式单独出售的芯片。要是莫得定制遣散，MCM 封装内的元件无需任何新特质。

那么，chiplet 是否仅仅咱们多年来一直在作念的事情的一个新称号？尽管在界说细节方面存在一些不对，但莫得东说念主觉得 chiplet 仅仅往事物的一个新称号。大大批（但不是全部） chiplet 的要津特征是将一个芯片径直勾搭到另一个芯片的专用风光。Synopsys 高性能诡计 IP 处置有规划居品经管副总裁 Michael Posner 默示：“它需要某种进程的芯片到芯片接口。”

有东说念主觉得，惟有具有程序化芯片盘曲口的硅才适应要求。“对咱们来说，chiplet之是以是chiplet，惟一的程序即是芯片之间是否有程序化接口，”弗劳恩霍夫 IIS EAS 高效电子部门崇拜东说念主、先进系统集成小组组长 Andy Heinig 说说念。不然，组件就仅仅一个 MCM。

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尽管新接口并非必需，但现存 MCM 已证明这少量，chiplet可擢升性能和恶果，而 MCM 中的芯片则无法作念到这少量。“传统芯片想象为单独封装，然后必须大约自行驱动印刷电路板 (PCB) 走漏，”Ansys 居品营销总监 Marc Swinnen 默示。 “因此，它在 I/O 上有大型驱动器来驱动这些外部走漏。而芯片则旨在与中介层上的其他芯片配合使用。因此，它的接口速率更快、功耗更低，而且只可驱动几毫米的走漏。这种芯片耐久不可放在普通封装中，因为它莫得富余的驱动强度来驱动普通走漏。”

统共这个词chiplet理念源于对先进节点资本的经济担忧，以及无法分娩大于光罩尺寸的芯片。Promex 首席运营官 Dave Fromm 默示：“chiplet不错擢升总体产量并缩短资本，因为它们是使用更小、单个已知细密的芯片和适应每个芯片的制造时期拼装而成的，而不是将统共功能集成在一个大型芯片级别，并使用开赴点进的制造节点来遣散缔造内最淡漠的功能。 ”

如今，好多公司聘任独到有规划来更高效地将数据从一个芯片出动到另一个芯片。关于好多东说念主来说，这使得这些芯片有阅历成为芯片。关于那些但愿遣散程序化的东说念主来说，UCIe和Bunch of Wires (BoW) 加多了认同，何况仍是驱动被聘任。

程序问题关于 Chiplet 的通常成见至关伏击，就像今天的 IP 一样。互操作性关于确保从不同开首购买的任何 Chiplet 齐能很好地协同责任至关伏击。关于一些东说念主来说，这才是 Chiplet 的真实道理所在，这即是为什么他们觉得程序化接口关于成为 Chiplet 是必不可少的。

主题的变化

Arm 对这种次第进行了稍稍减弱，它更提防明白而不是接口。Arm 架构居品经管总监 Mark Knight 说：“ Chiplet 是一种未封装的硅片，想象用于与其他芯片组组合和封装，并看成片上系统 (SoC) 的一部分运行。芯片组不错创建更大、更复杂的系统，这些系统不错看成单个组件封装和出售，何况每个 Chiplet 齐针对特定功能或任务进行了优化。这么一来，就无需构建一个大型的单片芯片，不然可能会带来资本效益挑战并导致与产量计划的经济问题。”

芯片集阛阓的成见使事情变得复杂，而 Synopsys 恰是基于此作出了鉴别。“因为‘芯片集’也被用来相貌这个绽开的芯片集阛阓，是以咱们驱动使用‘多芯片集’这个术语，因为它涵盖了统共阛阓和用例，”Posner 说。证据这个界说，惟有为该绽开阛阓想象的芯片才是芯片集。但他仍然觉得，领有芯片到芯片的接口是必要的。

另一种不雅点眷注的是芯片在封装中的作用，而不是接口。要是它是孤苦的，那么它就不是芯片。“芯片是模块化的，”西门子 EDA中央工程处置有规划总监 Pratyush Kamal 说。“想象用于施行特定功能的不同芯片组合在一个封装内的中介层上。”

但特定功能不一定是独建功能。“它要求芯片与其他功能一齐封装，”Synopsys 的 Posner 默示。“这并不一定意味着芯片很小。咱们看到光罩大小的芯片被封装在一齐。”

证据这个界说，一组芯片必须放在一齐计划，不可单独计划，才调施展齐备的功能。Kamal 说：“当你计划启动、调试、测试、时钟或电源经管时，你必须把多个实体放在一齐计划。你不可孤随即看待它们。”

里面蔓延必须是口头上的。“芯片到芯片的蔓延必须是总蔓延的一小部分，”他说。“惟有这么你才调说它与另一个实体风雅耦合。”

尽管封装似乎是 chiplet 成见的伏击构成部分，但即便如斯，封装也并非广泛要求。Kamal 说：“业界倾向于将 chiplet 必须进行共同封装看成基本拘谨。我不一定首肯这少量，因为在系统中，将两个 chiplet 径直安设在板上可能是经济的。”

什么是芯片？

与此商讨计划的是，咱们应该怎样称呼那一小块硅片。它是芯片照旧 Chiplet ？由于每个封装中惟有一个芯片，是以这从来齐不是问题。咫尺多个组件被封装在一齐，“芯片”是芯片照旧封装单位？好多东说念主将“芯片”分拨给单个硅片，而“ Chiplet ”是封装单位，不管内容怎样。

联华电子先进封装总监 Pax Wang 默示：“频频情况下，芯片是经过测试和封装的，不错径直发货并拼装到缔造中。关联词， Chiplet 是指经过测试并封装到消除芯片中的不同功能芯片（或裸片）。”

图 1：芯片与小芯片。左侧展示了一种缔造，其中有些东说念主将“芯片”界说为可焊合到 PCB 上的封装居品。右侧展示了集成到消除封装中的一组组件，其中一些是小芯片。开首：UMC

这种区别不是出于时期计划，而是为了便捷——咱们需要为这些东西起个名字。挑战在于，并不是每个东说念主齐能记着这些名字。它也与旧的多芯片模块术语相龙套，在旧术语中，“芯片”指的是芯片，因此即使在这里也很难作念到走漏。

基于此，有些东说念主更可爱使用“dielet”而不是“chiplet”，因为咱们所说的 chiplet 看起来不像封装电路的缩小版。“在为客户征战晶圆堆叠就业时，我觉得在某些情况下‘dielet’可能比‘chiplet’更好，”Wang 说说念。但“chiplet”听起来比“dielet”更好，是以咫尺，咱们中任何不可爱“chiplet”的东说念主齐只可使用这个名字。

模拟和光学使事情变得愈加复杂

当封装中包含模拟芯片霎，事情会变得愈加复杂。程序化接口是数字的，适用于任何轨则信号或数字数据调遣为模拟或从模拟调遣为模拟。模拟信号昭着不会使用任何此类接口。要是模拟信号驱动或仅由外部信号驱动，则不需要任何特等的里面接口。但是，要是模拟驱动另一个芯片，则该勾搭需要定制想象和定制考证。

因此，要是 Chiplet 的试金石是程序化接口的存在，那么惟有当模拟芯片具有这些数字信号时，它才有阅历成为 Chiplet 。要是这些信号提供的是轨则而不是数据，那么它就不太可能需要程序化接口的带宽。是否仍然有必要聘任该接口或更浅易的接口将由架构师决定。

但事情即是从这里驱动变得有点奇怪。要是东说念主们觉得程序化接口是不可骚动的，那么一些模拟芯片可能不适应 Chiplet 程序。要是任何芯片到芯片接口无需程序即可适应程序，那么更多的模拟芯片将适应程序。

光子芯片也存在同样的潜在问题，不外咫尺悲伤可能还为时过早。纯光子芯片莫得电气接口。那么它还能被视为光子芯片吗？

这即是这些界说遭遇广泛查考的场地。要是必须安闲某些程序（举例程序化接口）才调称为 Chiplet ，而有些芯片有，有些莫得，这有什么区别吗？要是某个假定的模拟芯片没罕有字信号，因此不适应芯片的阅历，这是否意味着它不可集成到封装中？诚然不是。是以，辩白这些界说有助于交流，但严格顺从这些界说可能并不那么伏击。

图 2：采访中讲求的 chiplet 界说。最常见的 chiplet 界说需要 die-to-die 接口。其他界说则比拟分散。开首：Semiconductor Engineering

异构集成愈加零乱

异构集成亦然一个新成见。“30 或 40 年来，咱们一直聘任单片想象，这具有宽广的上风，”Swinnen 说。“要是你有多个内核，并将它们全部放在一个 SoC 上，它们会更快、更小、更低廉，而且功耗更低。这种情况仍然存在。你可能无法作念到这少量的惟一原因是芯片太大了。”

另一个成分即是先进节点的资本，以及要是无法增涨价值就想幸免这种资本。Tignis 营销副总裁 David Park 默示：“某些芯片（举例内存、CPU、GPU）要是不可‘跟上’，就不会受到酷好，而这些芯片恰是上前沿移动的芯片。但其他芯片不需要移动到较小的工艺节点。”

考证和处理计划成分也施展着伏击作用。2.5D 集成如今备受眷注，但 3D 集成可能会加重集成问题。“当你尝试勾搭不同的 3D 组件时，集成挑战就会出现，” Lam Research民众半导体工艺和集成高等司理 Benjamin Vincent在一篇博客著作中指出。这些挑战不错引发“异构”区别。

尽管“chiplet”的界说很接近，但工程师对异构集成的看法却大相径庭。它们齐计划了封装中的多种事物，但将其界说为异构的“边界”却有所不同。“我觉得对此莫得相等明确的界说，”Wang 指出。这些边界迟缓升级，如下所示：

封装中有多件物品就富余了。只需两个通常的芯片即可。“异构集成频频是将具有不同功能的芯片封装在一齐，”Posner 说。“但其中一部分也可能是诡计扩展。有四个通常的芯片 仍然是异构集成。”

多个芯片必须不同。 “最初界说异构集成的反义词会更容易一些，”Knight 说。“由多个通常的 CPU 芯片构成的系统不是异构的。由不同类型的芯片构成的系统是异构系统。”Promex 也衔命近似的界说：“咱们将异构集成界说为一种将各式组件（电子和非电子）拼装成单个紧凑缔造的次第，”Fromm 说。

不同的模具必须孤苦想象，而不是一个团结的神志。这些模具可能来自消除家公司，也可能不来自消除家公司。

封装必须包含多种工艺节点。 “我个东说念主的界说是，要是两个芯片来自消除个节点，那即是同质集成，”Wang 说。“要是咱们将 DRAM 勾搭到逻辑，它细目会导致来自不同节点的晶圆，是以这是异构集成。”

封装必须包含先进和熏陶节点的羼杂。Heinig默示：“咱们不错将用于施行器或传感器的高压旧时期节点与 5nm 处理元件集成在一齐。这即是咱们在欧洲领会的异构集成。要是英特尔或 AMD 将 7nm 与 12nm 相结合，这对咱们来说不是异构的，因为他们靠近的问题并不通常。”

封装必须集成不同的材料。 “DARPA 专注于材料，”Kamal 说。“即使是像硅中介层和塑料基板这么基本的东西亦然异质集成。”

羼杂节点或羼杂材料齐适应条目。SEMI首席时期官兼时期社区副总裁 Melissa Grupen-Shemansky 默示：“早期，好多参与者觉得异质集成是多芯片或小芯片处置有规划中使用的不同硅节点。一些时期大家仍然将其视为来自不同节点的芯片的集成。但它也不错包括不同材料的芯片，如硅和锗，以及 GaN 和 InP 等复合半导体。”

有些计划成分相对比拟脆弱。举例，计划到不同节点的要求，要是一个封装包含一个 22nm 芯片和一个 12nm 芯片，那么它即是异构的。要是在改日某个时期 22nm 芯片升级到 12nm，那么按照这个界说它就不再是异构的了。

这个界说有什么用呢？

那么“异构”的区别到底想抒发什么呢？在这个例子中，拼装过程履行上莫得任何变化。仅仅更新了一个芯片。从异构变为同质是否能提供任何本质性的走漏度还不明晰。

王说：“即使它们分享通常的节点，但要是它们具有实足不同的功能、实足不同的想象理念和实足孤苦的道路图，我称之为异构集成。”

再次，模拟使事情变得复杂。“模拟不使用先进节点，”Swinnen 说。“5nm 工艺中出现的寄奏效应太多，很难安闲规格要求。”

关于异构区别的一种不雅点是，必须对统共这个词封装进行一齐模拟，才调确保居品的性能和产量适应要求。

Heinig 默示：“要是一个芯片上有 100 V 电压，你必须确保它不会耦合到你的 5nm 子系统中。这是一个多物理问题。咱们看到的第二个问题是，要是你望望 BoW 和 UCIe，接口电压约为 0.7 或 0.8 V。这关于 7nm、10nm 或 22nm 相等有用，但要是你聘任 65nm 或 90nm，你的电源电压为 3V 或 5V。那么，接口上的 0.8 V 就不起作用了，因为你莫得达到熏陶时期的阈值电压。”

跟着材料的加多，必要的模拟也随之加多，因为多物理场模拟将说明热性能、可靠性、噪声、信号质地以及任何其他计划成分，以确保居品坚固耐用。“你可能有一个跨多种时期的子系统，”Kamal 说。“你需要索要并模拟统共这个词子系统，这即是咱们需要强调异质性的原因。”

最终，IEEE 发布了异构集成道路图，它适应最宽松的界说：“异构集成是指将单独制造的组件集成到更高等别的组件中，从总体上提供增强的功能和矫正的操作特质。”

图 3：SE 访谈中异构集成界说的讲求。答复在程序中散播通常。贵府开首：半导体工程

是以谁在乎呢？

东说念主们不错争论界说的高明之处，但这种英勇会有陈述吗？频频，要是界说能提供有助于决策的信息，那么它即是有用的。关于 chiplet 来说，界说的价值取决于荆棘文。一家我方进行 SoC 明白的公司不错使用我方的定名法。

但是，要是出现了小芯片阛阓，互操作性取决于所购买的居品是否适应小芯片的条目。诚然，要是有东说念主在公开阛阓上销售“小芯片”——莫得芯片盘曲口但其他方面不错正常责任——这确切是个问题吗？只消芯片有充分的文档记载，可能就不会有问题。

异构集成可能是另一趟事。如今，每个东说念主齐在征战我方的先进封装进程，这些进程互相不同，绝顶是因为这些公司试图鉴别他们的进程。此外，好多神志齐是单独进行的，而不是从配方中获益。

但要是这些配方驱动分红两个不同的层级——一个是同质的，一个是异质的——那么称号将决定配方。守望情况下，统共从事包装的公司齐会首肯通常的界说，这么盘算东说念主员就不错进行同类比拟，而毋庸远程地寻找不同的界说。

昭着，芯片行业还莫得达到这个水平，是以咫尺商讨的最大价值在于，这是一个念念考最合适界说的契机。红运的是，跟着履行影响的日益赫然，这些念念考将驱动调理起来。

https://semiengineering.com/what-exactly-are-chiplets-and-heterogeneous-integration/

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