了解Chiplet
图1:此图说明了Chiplet如何提供模块化系统,将来自不同供应商和技术节点的单独芯片组合在一起,与传统的单片系统芯片设计形成对比。
优化技术节点:不同功能可以使用适当的工艺技术,平衡性能和成本。 增加灵活性:通过更换单个Chiplet,可以更频繁地更新设计。 提高良率:较小、较简单的设计通常具有较高的良率。 降低成本:新芯片设计的入门成本降低,生产效率提高。
汽车行业:提供可轻松更新或修改的灵活电子架构。 移动设备:结合计算、无线通信和显示驱动器等各种功能。 成像系统:更高效地集成传感器和处理单元。 内存解决方案:允许模块化和可扩展的内存配置。 量子计算:促进量子处理单元与经典控制电子线路的集成。
2.5D集成 3D系统芯片(3D-SoC)
图2:此图展示了不同的2.5D集成方法,包括硅中间层、硅桥接和有机重分布层(RDL)。
硅中间层:高性能应用的成熟技术,提供最精细的间距以及出色的热学和电学性能。但成本和复杂性较高。 有机基板:正在获得关注的更具成本效益的替代方案。研究人员正在努力实现与硅中间层相当的互连密度。 硅桥接:使用小型硅中间层在边缘连接Chiplet的混合方法,可能在性能和成本之间取得平衡。
硅中间层:可实现亚微米间距 有机RDL:目前目标为2μm间距,未来有望实现亚微米间距
图3:此图展示了晶圆对晶圆混合键合,这是3D-SoC集成的关键技术,显示互连间距缩小到400nm。
晶圆对晶圆混合键合:该技术允许在堆叠层之间创建极细间距的连接。IMEC使用SiCN作为键合介电质的方法已经实现了700nm的间距,未来有望实现400nm甚至200nm的间距。 芯片对晶圆键合:虽然无法达到与晶圆对晶圆键合相同的间距密度,但这种方法在组合不同Chiplet方面提供了更大的灵活性。
超高密度互连 缩小形状因子 可能降低功耗并提高性能 能够将Chiplet集成为单个芯片
热管理:堆叠Chiplet可能导致热密度增加,需要创新的散热解决方案。 供电:确保跨多个Chiplet的充分电力分配,尤其是在3D堆叠中,这一点尤为重要。 测试和已知良品(KGD):开发有效的测试策略对单个Chiplet和组装系统的良率和可靠性来说很重要。 标准化:确保来自不同供应商的Chiplet之间的兼容性和通信需要全行业标准。
图4:此图展示了IMEC的3D互连路线图,总结了连接Chiplet的不同方法以及预计的互连密度和间距。
间距缩小:持续努力减小互连间距将实现更高的带宽和更紧凑的设计。 先进封装:开发新的材料和工艺用于中间层和混合键合将提高性能并降低成本。 异构集成:结合来自不同工艺节点甚至不同材料(例如硅和III-V族半导体)的Chiplet将实现新的应用和提高性能。 人工智能和机器学习:基于Chiplet的设计非常适合AI加速器,允许模块化和可扩展的架构。 量子-经典集成:Chiplet可能会缩小量子处理单元和经典控制电子线路之间的差距,加速实用量子计算机的发展。
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