
在介绍完2.5D和3D之后,近来还有Chiplets也是半导体产业热门的先进封装技术之一;最后,就来简单说明Chiplets的特性和优势。
除了2.5D和3D封装之外,Chiplets也是备受关注的技术之一。由于电子终端产品朝向高集成趋势发展,对于高性能芯片需求持续增加,但随着摩尔定律逐渐趋缓,在持续提升产品性能过程中,如果为了集成新功能芯片模块而增大芯片面积,将会面临成本提高和低良率问题。因此,Chiplets成为半导体产业因摩尔定律面临瓶颈所衍生的技术替代方案。
Chiplets就像拼图一样,把小芯片组成大芯片
Chiplets的概念最早源于1970年代诞生的多芯片模块,其原理大致而言,即是由多个同质、异质等较小的芯片组成大芯片,也就是从原来设计在同一个SoC中的芯片,被分拆成许多不同的小芯片分开制造再加以封装或组装,故称此分拆之芯片为小芯片Chiplets。
由于先进制程成本急速上升,不同于SoC设计方式,将大尺寸的多核心的设计,分散到较小的小芯片,更能满足现今的高性能计算处理器需求;而弹性的设计方式不仅提升灵活性,也能有更好的良率及节省成本优势,并减少芯片设计进程,加速芯片Time to market时间。

Chiplets是由多个小芯片组成一个芯片。(Source:益华)
使用Chiplets有三大好处。因为先进制程成本非常高昂,特别是模拟电路、I/O等越来越难以随着制程技术缩小,而Chiplets是将电路分割成独立的小芯片,并各自强化功能、制程技术及尺寸,最后集成在一起,以克服制程难以微缩的挑战。此外,基于Chiplets还可以使用现有的成熟芯片降低开发和验证成本。
目前已有许多半导体企业采用Chiplets方式推出高性能产品。像是英特尔的Intel Stratix 10 GX 10M FPGA便是采用Chiplets设计,以达到更高的组件密度和容量。该产品是以现有的Intel Stratix 10 FPGA架构及英特尔先进的嵌入式多芯片互联桥接(EMIB)技术为基础,运用了EMIB技术融合两个高密度Intel Stratix 10 GX FPGA核心逻辑芯片以及相应的I /O单元。至于AMD第二代EPYC系列处理器也是如此。有别于第一代将Memory与I/O结合成14纳米CPU的Chiplet方式,第二代是把I/O与Memory独立成一个芯片,并将7纳米CPU切成8个Chiplets进行组合。

Intel Stratix 10 FPGA也是采用Chiplets。(Source:英特尔)
总而言之,过去的芯片性能都依赖半导体制程的改进而提升,但随着组件尺寸越来越接近物理极限,芯片微缩难度越来越高,要保持小体积、高性能的芯片设计,半导体产业不仅持续发展先进制程,同时也朝芯片架构着手改进,让芯片从原先的单层,转向多层堆栈。也因如此,先进封装也成为改善摩尔定律的关键推手之一,在半导体产业中引领风骚。
(首图来源:AMD)