電子發燒友網報道(文/吳子鵬)Chiplet又稱“小芯片”或“芯粒”,它是將一個功能豐富且面積較大的芯片裸片(die)拆分成多個芯粒(chiplet)。Chiplet技術讓芯片從設計之初就按照不同的計算單元或功能單元對其進行分解,然后每個單元選擇最適合的工藝制程進行制造,再將這些模塊化的裸片互聯起來,降低芯片設計的成本和難度。
Chiplet模型已經被證明是可行的,目前AMD、英特爾、博通和Marvell等公司都已經推出自己的Chiplet架構芯片。Chiplet是能實現特定功能的、未經封裝的裸芯片(die),提升 IP 模塊經濟性和復用性。因此,Chiplet對IP產業發展有重大影響。
Chiplet革新IP業務模式
Chiplet提出的大背景是摩爾定律發展已經失效,就連英特爾公司CEO帕特?基辛格都已經承認,以現在的發展速度,晶體管數量接近每三年翻一番,實際上已經落后于摩爾定律的速度了。而Chiplet理念讓芯片產業能夠重耕此前的代工制程,通俗的理解就是,基于10nm工藝能夠打造出7nm芯片的性能。
Chiplet讓芯片設計呈現全新的特點,首先第一個就是IP芯片化。傳統意義上,IP可以分為硬核、軟件和固核,Chiplet則更像是一種硬核方案,這樣一些IP就需要芯片公司自己設計生產了,或者不需要跟隨處理器內核一起完成制造,最終芯片公司自己設計的產品、特殊功能的Chiplet被統一封裝在一起。那么,這些IP實際上更像是一種小芯片,所以被稱為IP芯片化。
一般而言,硬核是不可定制的,就是用于執行特殊的功能,比如一些DSA,專門面向特定的功能而設計,比如專門進行張量計算的TPU,或者各種加速器,以及網絡接口IP等。當然,像模擬電路這種對制程不敏感的也可以用Chiplet。這樣就讓芯片設計主體部分達到最小化,從而提升設計效率,縮短上市周期。
雖然市場也有同構集成的Chiplet芯片,比如AMD公司的第一代服務器CPU Epyc,不過理論來說,最能發揮Chiplet效能的是異質、異構集成。異質就是指裸片基于不同材質和不同工藝制造而成,異構則是指不同功能、不同架構的新品巧妙地集成在一起。
所以說Chiplet更像是IP芯片化,因為軟核和固核還有一定的定制屬性,在芯片設計過程中還能夠根據需求去做更改,Chiplet就很簡單粗暴,直接拿過來封裝就可以了,基本不具備再開發屬性。
所以說,Chiplet會帶來一些IP設計服務的變化,具有芯片設計能力的IP供應商可以根據芯片公司的需求將一些IP打造成Chiplet,達到硅片級別的IP復用。從這個層面來說,具有芯片設計能力或者經驗的IP供應商會更有機會。
接口IP是Chiplet的大藍海?
雖然市場上已經有Chiplet的成功案例,不過主要是大廠自己主導的,有很強的封閉性,因此Chiplet還需要解決一些問題,比如連接標準、封裝檢測、軟件配合等。
雖然現在英特爾、AMD、ARM、高通、三星、臺積電、日月光、Google Cloud、Meta和微軟等公司聯合推出了UCIe——Universal Chiplet Interconnect Express,Die-to-Die互聯標準,不過到目前為止,已經成功商用的Die-to-Die互連接口協議多達十幾種,要統一并不容易,比如串行接口及協議有LR、MR、VSR、XSR、USR、PCIe、NVLink;Cache一致性標準有CXL、CCIX、TileLink、OpenCAPI等。不過,如果要最大化發揮Chiplet的威力,統一的互聯標準是不可或缺的。
目前Chiplet讓產業界看到的一大潛能是接口IP的用量增加。從具體分類來看,接口IP分為有線接口IP和無線接口IP,有線接口IP包括USB、PCIe、DDR、SATA、D2D等;無線接口IP主要包括藍牙、Zigbee、Thread等。由于Chiplet把芯片切分成不同的小芯片并互聯,相較于CPU對外的方式,接口用量會大增,因此面積小、功耗低、高帶寬的接口IP會是一個關鍵。據IPnest預測,2025年接口IP市占率有望超過CPU,成為排名第一的IP品類。
由于目前Chiplet主要和數據處理芯片掛鉤,因此PCIe IP、DDR IP以及以太網/D2D的發展機會最大,這幾類接口IP在2022年-2026年都將以超過27%的年復合增長率高速增長。
小結
Chiplet會改變IP產業的商業模式,其方式類似硬核,不過準確地說是IP芯片化,和過往的硬核依然是有區別的。由于Chiplet最終要作用于大芯片中,因此IP公司需要對芯片架構、芯片互聯和封裝等有深度的理解,需要有芯片設計能力,這將成為一道分水嶺。從IP類型來看,接口IP未來今年將會捕捉到巨大的機會。
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