Chiplet

什么是Chiplet？

Chiplet是一种半导体技术，使用多个小芯片来实现本应该由一个大芯片完成的目标。其目标是通过在一个封装中集成多个较小的芯片来减少产品开发时间和成本。

小芯片不是封装类型，它是封装架构的一部分。使用小芯片，芯片可以集成到现有的封装类型中，例如 2.5D/3D、fan-out或多芯片模块（MCM）。

想象一下，我们有一个大芯片，它在一个芯片中具有CPU、GPU和RF功能块，作为SoC（片上系统）。

但它非常昂贵，而且制造这种大型芯片存在需多挑战。
幸运的是，我们可以通过多个较小的模具来实现所有这些功能，并且在经济上更合理。

但是，我们需要为每个裸片添加接口块，因此总裸片面积超过一个大裸片。这是小芯片的一个简短概念。

因此，chiplet是大型昂贵芯片的良好解决方案，通常用于高性能计算，而不是只能手机中的小芯片。

为什么要用chiplet

随着半导体硅节点向45nm、16nm甚至7nm的发展，大芯片的成本不断增加。

250mm2尺寸的16nm芯片的成本是相同芯片尺寸的45nm芯片的2倍以上。

7nm芯片比45nm芯片贵4倍以上。现在我们在讨论5nm甚至3nm，那么成本会不断增加。这意味着用先进的硅节点制造大型SoC芯片正在失去其经济效益。这就是业界开始使用chiplet的原因。

再次，小芯片是将一个大而昂贵的单个裸片分解成多个较小的裸片。

怎样工作

这个怎么运作？这是1个大晶圆和4个小晶圆之间的简单比较。
如果模具左上角有缺陷，则为废品。1个芯片中有1个芯片不合格，因此良率就是0%。

如果我们有4个小芯片并且在完全相同的位置存在相同的缺陷，那么4个芯片中只有1个芯片被拒绝，良品率为75%。
这意味着，我们仍然可以使用3/4，对于非常大的模具，这一点更为明显。

它还适用于晶圆边缘的裸片损耗。

在左侧，我们在大芯片的晶圆边缘有芯片损耗。
在右侧，我们也有芯片损耗，但较小芯片的成品率高于大芯片。

这是1个裸片与具有2、3和4个裸片的小芯片之间的裸片良率比较。对于360平方毫米，1个芯片的良率是15%，但4芯片设计（每个99平方毫米）的良率是37%，是两倍多。

尽管4芯片设计的总芯片面积比1芯片大10%以上，但芯片的良率显著提升。足以证明芯片解决方案的合理性。

应用

早在2014年，FPGA公司Xilinx就制造了Virtex-7 2000T，它使用了4个较小的小芯片，而不是1个大型FPGA芯片。

这是AMD EPYC第二代封装，它是适用7nm SI系欸但技术的服务器CPU。其封装尺寸为58.5mm x 75.4mm。是的，它很大。

中央有8个适用7nm Si技术的CPU和1个适用14nm SI技术的I/O芯片。

这是Intel Xe HPC，它是使用7nm Si技术的超级计算机GPU。现在，英特尔仅在实验室中使用它。

它有47个组件，包括使用英特尔10nm SuperFin技术的2个基本块、使用TSMC 7nm技术的16个计算块、使用英特尔10nm增强型SuperFin工艺的8个Rambo缓存块、英特尔制造的11个EMIB链路、2个由英特尔制造的Xe Link I/O块。一家DRAM代工厂生产的8个HBM内存堆栈，用这47个组件构建单个芯片是不可能的。

尽管小芯片有很多好处，但它也有一些挑战。我们需要考虑芯片到芯片的互联，需要芯片设计师和封装设计师共同设计，小芯片的测试与大芯片的测试会有所不同等。