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Chiplet，可能還要10年
最近，半導體工程與Arteris 解決方案和業務開發副總裁Frank Schirrmeister ；Cadence矽解決方案部產品行銷總監Mayank Bhatnagar；Expedera行銷副總裁Paul Karazuba， ；是德科技EDA 產品管理/整合經理Stephen Slater；西門子EDA高級封裝解決方案客戶技術經理Kevin Rinebold；以及Synopsys高效能運算IP 解決方案產品管理副總裁Mick Posner坐下來討論建立商業芯粒生態系統的挑戰。
以下是該討論的摘錄。
SE：如今，chiplet 的各個方面都有很多討論和活動。您對商業Chiplet 生態系統目前的狀況有何看法？
Schirrmeister：如今，人們對開放式芯粒生態系統很感興趣，但我們距離真正的開放性可能還很遠。芯粒的專有版本仍然活躍並且正在蓬勃發展。我們在設計中看到了它們。我們的供應商都支持這些目標，使其成為現實，就像UCIe 支持者一樣，但要實現完全開放的生態系統還需要一些時間。我們可能至少需要三到五年才能達到PCI Express 類型的交換環境。
Bhatnagar：商業芯粒生態系統還處於非常早期的階段。許多公司正在提供芯粒，正在設計它們，並且正在運輸產品- 但它們仍然是單一供應商產品，同一家公司正在設計所有部件。我希望隨著UCIe 標準的進步以及更多的標準化，我們最終能夠為芯粒提供類似市場的環境。
Karazuba： AMD 等組織非常了解同質芯粒的商業化。但對於異質chiplet（即來自多個供應商的chiplet）的商業化，仍存在許多問題。
Slater：我們參加了很多董事會討論，並參加了台積電OIP 等行業活動，目前有很多令人興奮的事情。我看到很多中小型客戶開始考慮他們的芯粒應該是什麼的開發計劃。我確實認為那些最先取得成功的將是那些處於像台積電這樣的單一代工生態系統中的公司。今天，如果您要選擇IP，您可以透過多種方式來選擇哪個IP，查看之前已串流片的內容以及它的成功程度，以便您可以管理風險和成本當您將東西放在一起時。未來我們會看到，現在你有選擇了。您是購買IP，還是購買chiplet？至關重要的是，它們都來自同一個晶圓廠，並以相同的方式組裝在一起。UCIe 標準封裝與先進封裝等技術考量、高速模擬分析工具集以及熱等技術因素將變得更加重要。
Rinebold：我從事這方面工作已經有大約30 年了，所以我可以追溯到多晶片模組等最早的時代。當我們談論生態系統時，今天有很多例子，我們看到HBM 和邏輯在中介層層級結合。如果您相信HBM 是一個芯粒，那麼這就是有效的，而這是一個完全不同的論點。有些人認為HBM 屬於這一類。真正的樂高積木、芯粒的組合和匹配的想法仍然是主流市場的渴望，但也有一些業務障礙需要解決。同樣，一些單一供應商解決方案也有例外，它們或多或少是同質集成，或者是完全垂直集成類型的環境，其中單一供應商將自己的芯粒集成到一些非常令人印象深刻的封裝中。
Posner：「Aspirational」是我們用來形容開放生態系的字。我會有點沮喪地說我相信這是5 到10 年後的事。是否可以？絕對地。但我們目前看到的最大問題是對於其真正意義存在巨大的知識差距。隨著科技公司更了解這意味著什麼，我們會發現採用速度將會加快。但在我們所謂的「專屬」範圍內——在一家公司或一個微生態系統內——我們看到多晶片系統正在興起。
SE：是否有可能從技術角度定義我們今天擁有的各個部分，使商業芯粒生態系統成為現實？
Rinebold：令人鼓舞的是標準的製定。我們已經提到了一些晶片間協定的UCIe。JEDEC 等組織宣布將其JEP30 PartModel 格式擴展到Chiplet 生態系統中，以納入Chiplet 風格的數據。將此視為電子資料表。大部分工作已納入開放計算下的CDX 工作小組。這令人鼓舞。早些時候有一些關於開放市場的評論。我同意我們可能還需要3 到10 年才能實現這一目標。底層框架和基礎設施已經存在，但在看到任何類型的廣泛採用之前，必須解決許多許可和分發問題。
Posner：基礎設施是可用的。用於創建、封裝、分析、模擬、製造的EDA 工具——這些工具都在那裡。圍繞著它的智慧財產權，無論是UCIe 還是一些更傳統的晶片間接口，都在那裡。尚未建立實現互通性的完整方法和流程。圈養內的一切都是可能的，但更廣泛的生態系統、市場將需要晶片互通性、模擬、封裝等等。這是我們認為缺失但仍在建造的領域。
Schirrmeister：我們知道需要什麼嗎？我們或許可以很好地定義它。如果願景是一個開放的生態系統，在芯粒上有IP，您可以像樂高積木一樣將其拼湊在一起，那麼IP 行業會告訴我們需要什麼，然後在它們之上存在一些差距。我聽到來自硬編碼IP 世界的人們談論相當於芯粒的PDK，但今天的IP 生態系統和IP 可交付成果告訴我們，它還不能像樂高積木一樣工作。我們每年都在進步。但「我拿著我的白板，然後一切都神奇地一起發揮作用」並不是我們今天所擁有的。當您將其分解為芯粒和協議時，我們需要認真思考額外的挑戰是什麼。然後，您需要處理重大的系統性問題，例如如何處理芯粒之間的一致性？在晶片上完成它已經足夠具有挑戰性了。現在，您可能必須與您甚至不擁有的其他合作夥伴打交道。這不是開放生態系中的圈養環境。這使得它非常具有挑戰性，並且它創造了至少5 到10 年的工作保障。
Bhatnagar：在技術方面，進展順利的是採用。我們可以看到像英特爾這樣的大公司，當然還有像我們和新思科技這樣的IP提供者。每個人都在努力實現芯粒整合的標準化，而且效果非常好。EDA 工具也即將推出來支持這一點。但我們離市場還很遠，因為還有很多問題沒有解決，例如許可證和其他一些需要更多時間的事情。
Slater：標準機構和網路團體讓許多人興奮不已，我們也迎來了眾多客戶。我在想，這是否只適用於非常高端的計算？從我在此類論壇上看到的公司來看，甚至有汽車或航空/國防領域的公司正在規劃未來10 年或更長的未來。以汽車為例，這家公司正在考慮創建用於內部消費的芯粒，因此可能會重新組織他們如何看待創建其產品的許多不同變體或演變，試圖將其作為更模組化的芯粒類型的塊來實現。「如果我們將微處理器作為其中的一部分，我們是否會將其作為芯粒對外出售，以供其他客戶整合到更大的設計中？」對我來說，頓悟的時刻是看到它的應用範圍有多麼廣泛。我確實認為標準工作進展非常快，而且效果非常好。例如，在Keysight EDA，我們剛剛發布了芯粒PHY 設計器。它是對UCIe 高速數位鏈路的模擬，只有透過發布標準才能實現，因此EDA 公司可以查看它並了解他們需要用它做什麼。EDA 工具已經準備好處理這類事情。也許最後一點是，為了共享IP，為了確保其可用，資料庫和流程管理將變得更加重要。您需要追蹤哪個晶片是在哪個流程中製造的，並能夠在公司內部將其提供給該晶片的其他潛在用戶。
SE：從商業角度來看，目前已經有了哪些進展，哪些還需要解決？
Karazuba：從商業角度來看，嚴格來說異構芯粒，我認為沒有任何東西真正到位。讓我透過問「誰負責保固？」來限定這一點。誰負責測試？過失誰負責？誰負責供應鏈？對於同質芯粒或單片矽，這是可以理解的，因為這就是該行業自誕生以來一直開展業務的方式。但是，當您談論來自多個供應商、具有多個IP（可能還有不同的介面）、在多個晶圓廠製造、然後由第三方建造、由第三方組裝、由第四方測試、然後出貨的芯粒時， — 出現問題時會發生什麼事？你把矛頭指向誰？你去找誰談話？如果某個特定的芯粒未如預期運行，則不一定是該芯粒有問題。它可能是另一個芯粒或集線器上的接口，無論它是什麼。我們即將實現這一目標，但目前尚不清楚。目前尚不清楚誰將為此類事情負責，是多晶片模組製造商，還是購買者？我擔心會回到Wintel問題，即晶片製造商指向作業系統製造商，作業系統製造商指向硬體製造商，作業系統製造商指向晶片製造商。對商業方面的理解是芯粒被採用的真正障礙。誠然，科技比商業困難得多，但我毫不懷疑工程師會比業務人員更快實現這一目標。
Rinebold：我完全同意。有哪些影響、保固相關問題等？我還想更進一步。如果您現在觀察一些較大的矽晶圓代工廠，您會發現對於將第三方晶圓放入其設施中以整合到某種類型的異構芯粒型封裝中存在一些擔憂。有許多業務和後勤問題必須先解決。技術方面的事情很快就會發生。只是需要解決許多許可和分發類型的問題。我想要支援的另一件事涉及國防/工業領域的客戶。IP 的信任、可追溯性以及省級追蹤對他們來說至關重要，因為他們對多晶片或芯粒型封裝作為單片擴展的替代方案抱有很大的期望。只要看看現在所有的政府計劃，包括RESHAPE [安全異構先進封裝電子的Reshore 生態系統] 和NGMM [下一代微電子製造] 等。他們都從這個芯粒的角度來看，但他們將需要大量的安全措施來了解誰接觸了IP，它來自哪裡，以及如何驗證它。
Posner：由於所有這些挑戰，微生態系統正在形成。如果您天真地認為您可以從貨架上挑選一個晶片並將其放入您的設備中，您如何保證這一點？誰擁有它？這些微生態系統的建立是為了從根本解決這個問題。因此，在幾個不同的公司內，無論是汽車公司還是高效能運算公司，他們都會達成所有公司都可以接受的條款。這些微生態系統最終將真正推動開放式芯粒的發展，我認為這將是一種有機的成長。如今，芯粒可用於特定應用，但我們的願景是其他人也可以使用它，我們看到晶片中內建了多種模式。一種模式是，'我正在與自己連結。這是一個非常緊密、低延遲的連結。」 但我未來的願景是，我需要一個更開放的介面或協議，並使用標準的可用堆疊，並且可以現成購買並整合。這是logistics的一方面。我還想提兩件事。可以跨節點進行互通。我們展示了TSMC N3 UCIe 與英特爾內部的UCIe，所有這些都整合在英特爾製程上。這是兩家獨立的公司合作，展示了第一個實體互通性，所以這是可能的。但展望未來，這仍然只是整體努力的一小部分。在IP 領域，我們一直遵循「建造一次，銷售多次」的IP 模型。對於芯粒市場，除非該芯粒有收入來源，否則就會打破這種模式。公司認為，「我只需購買一次IP，然後就可以出售我的晶片。」 但建設這一切所需的基礎設施和資源並沒有消失。隧道盡頭必須有資金才能讓所有這些不同的公司進行投資。
Schirrmeister： Mick 是100% 正確的，但我們可能對「開放」chiplet 生態系統的真正含義存在定義問題。當我與合作夥伴和客戶交談時，我有兩個不同的對話。一方面，電路板設計師正在做越來越多的集成，他們滿臉皺紋地看著你說，'我們已經這樣做很多年了。你在說什麼？' 它可能不是所有產品的經典意義上的3D-IC，但他們說，“是的，保修存在問題，用戶會解決的。” 董事會人員從等式的一邊開始研究芯粒，因為這是集成的下一個發展。你需要非常有效率。這不是我們所說的開放式芯粒生態系。這個想法是，你擁有這個市場來混合各種東西，並且透過將相同的芯粒出售給多人來獲得規模經濟。這確實是晶片設計者正在考慮的問題，其中一些甚至想得更遠，因為如果你以真正的3D-IC 方式完成這一切，那麼你實際上必須以某種方式共同設計這些芯粒，這是一個完全不同的維度這需要解決。稍微挑選一下擁有內部電路板和晶片設計團隊的大公司，你甚至可以在這些公司的資訊中看到這一點。你有來自董事會的人，對他們來說這不是一個已解決的問題。這始終充滿挑戰，但他們將把它提升到一個新的水平。晶片人員正在從一個介面的角度來看待這個問題，例如PCI Express，現在是UCIe。然後我想到了這一點，因為片上網路需要成為跨芯粒的超級NoC，這本身就帶來了挑戰。這一切都需要共同努力。但這些其實是為了融入Chiplet 生態系統而設計的Chiplet。為此，Mick 對超過五年的估計可能是正確的，因為那些專門構建的芯粒，為了處於開放的生態系統中，面臨著董事會成員已經處理了相當長一段時間的所有這些挑戰。他們現在所做的整合量「只是變得越來越小」。
Slater：當您將所有這些芯粒放在一起並開始進行整合時，您會按照什麼順序開始放置組件？您不想因為其中一個較小的較便宜的芯粒出現問題而丟棄一個非常昂貴的芯粒。因此，現在有很多關於如何首先對各個芯粒進行幾乎類似的單元測試的想法，但隨後您希望在進行過程中進行某種形式的系統測試。這絕對是我們需要思考的事情。在業務方面，誰會對購買芯粒式解決方案最感興趣。這取決於你是否有良率問題。如果您的晶片尺寸達到了您擔心良率的程度，那麼考慮使用芯粒並將其分解成更小的部分絕對是有意義的。並不是所有的東西都可以擴展，所以當你可以在不同的工藝節點購買風險較小、製造成本較低的東西，然後將它們放在一起時，為什麼要轉向最低的工藝節點呢？迄今為止取得成功的公司——英特爾、AMD 等大公司——已經被推向了這一邊緣。晶片的尺寸無法安裝在掩模版上。我們會考慮有多少家公司屬於這個類別，這將影響他們的成本和風險是否值得。
Bhatnagar：從商業角度來看，真正重要的是標準化。Chiplet 的內部很好，但它如何影響周圍的其他Chiplet 很重要。我們希望能夠製作一些東西並出售它的許多副本。但如果沒有標準化，那麼我們要么在賭博，只追求一種東西並假設每個人都轉向它，要么我們為同一件事製作多個版本，這會增加額外的成本。為了真正證明任何芯粒或任何類型的芯粒IP 的業務案例的合理性，標準化對於系統的電氣互連、封裝和所有其他方面至關重要。(半導體產業觀察)
原文連結
https://semiengineering.com/commercial-chiplet-ecosystem-may-be-a-decade-away/