Chiplet，下一个八年

Semiconductor Engineering去年举办了首次圆桌会议，旨在了解 chiplet（芯粒）行业的真实状况。当时有信息显示，没有任何 chiplet 被重复用于最初并非预定的设计中。过去一年，chiplet 行业发生了哪些变化？去年出席该圆桌会议的嘉宾今年再次参与 —— 包括 Marvell 技术副总裁 Mark Kuemerle、Alphawave Semi 产品营销和管理副总裁 Letizia Giuliano、是德科技 HSD 部门负责人 Hee-Soo Lee、Cadence 计算解决方案事业部高级产品部总监 Mick Posner，以及 Synopsys 多裸片策略解决方案事业部产品管理总监 Rob Kruger。以下是今年设计自动化大会圆桌讨论的摘录。

SE：去年这个时候，一个类似的专家小组表示，chiplet 面临诸多障碍，复用尚未实现。有很多问题需要解决，也有很多障碍需要克服。显然，并非所有障碍都已明确，而且对于如何解决这些障碍，各方也尚未达成共识。过去一年取得了哪些进展？我们对未来发展方向是否更加清晰？为什么我今天依旧买不到 chiplet？

Kuemerle：多年来我一直是 chiplet 的拥趸，基本上从这项运动兴起之初就开始了。Marvell 刚开始涉足这一领域时，我们设想了一个宏伟的构想：能够在公开市场上采购 chiplet 来实现任何特定功能。我们将能够定义接口和协议层，使它们能够相互通信。但我们完全错了。拥有这种大胆的动力至关重要，因为它迫使我们去探索如何开启这一进程。但是，通过实施包含多个芯片和 chiplet 的众多系统，我们了解到，采用 2.5D 集成策略，我们可以从对准的角度将设计精确到微米。

除此之外，我们还必须进行规划，以确保上一层能够以最高效的方式在 chiplet 之间进行有效通信。如果真的想优化一个系统，它们往往是定制系统。然而，我想补充一下过去几年我看到的一个变化。这些年来，我一直认为 chiplet 是本末倒置的。我们的想法是，芯片组定义了系统的其余部分。如果我们有一个标准的芯片组，能够实现多个用户所需的标准功能，那么整个系统就可以围绕这个芯片组进行定义。

我们可以实现所有厂商都匹配到微米级，因为系统的其余部分都是围绕它构建的。我们正处于一个循序渐进的阶段，即将达到芯片组可用于多个项目的程度。但这并不意味着我们可以简单地将两个芯片组插在一起。虽然我们可以拥有独立的芯片组，但必须采用高度定制的 “粘合剂” 才能使这些芯片组协同工作。我们正在取得进展，但尚未达到开放社区、开放市场的理念。

Giuliano：您问什么时候可以买到 chiplet。实际上，我们在设计自动化大会上就展示了 chiplet。这是我们自己的标准 chiplet。我们咨询过业界，目前是否有办法分解系统，最简单的方法就是分离 I/O。这是因为它们已经高度标准化了。互联无处不在，几乎所有设备都拥有相同的接口，可以连接到外部设备 —— 以太网、PCI Express。这是一种捕捉系统并标准化芯片 I/O 方式的自然方法。我们为此投入了大量资金，但这也是为了响应市场对将系统划分为 chiplet 的需求。您说得对，我们围绕现有的 chiplet 进行设计。一旦人们看到某个 chiplet 可用并决定使用它，他们就会开始根据现有资源来组织系统。

现在，我们正在围绕 I/O chiplet 创造发展势头。我承认确实存在一些问题。现在有很多标准化工作缺失。全球尚未就界面设计达成标准化。我们在标准化方面缺失了许多层面。我们确实在 UCIe 方面有所进展，但缺少一些重要的部分。协议层尚未标准化。这是一个巨大的差距。此外，在外形尺寸标准化方面，我们还有其他层面需要改进。但我们是先驱者。我们正在努力确保解决问题，并且已经开始构建解决方案，以便人们能够围绕这些解决方案进行构建。

SE：对于像 Marvell 这样的公司来说，这足以购买你们的芯片吗？

Kuemerle：这要视情况而定。你当然可以先找到一个可用的 chiplet。然后与供应商沟通，看看它是否能解决你正在尝试解决的难题。我们面临的一个问题是，技术的扩展速度正在放缓，但我们的客户却丝毫没有放慢脚步，他们仍然渴望尽可能多地利用技术。布局越来越大。这些布局越大，就越复杂，也就越难将市场上现有的 chiplet 装入日益复杂的设备中。

我们发现，很多时候，你必须为一些最复杂的应用定制 chiplet。如果你要开发一些更简单的东西，比如只需要 64 通道 112Gb SerDes 的东西，这可能更有意义。或许你可以从市场上购买一些产品，这样从架构角度来看，组装这些部件时，你拥有更大的自由度。如果你要搭建一栋非常大的乐高房子，你可能需要专门定制的乐高积木，让它看起来美观且完美地拼合在一起。然而，如果你只是想把一些轮子拼在一起，做一个看起来像汽车的东西，你或许也能做到。乐高积木有不同的集成度，这会影响它们的使用场景。

Giuliano：没有一种解决方案可以适用于所有情况。它需要针对特定的应用程序或用例进行定制。

Posner：两年前我做过一个预测，我当时说 chiplet 芯片市场还要 10 年才会出现。照这样算，我们还有 8 年的时间。但这并不意味着一切都停滞不前。我们确实取得了一些进展，而且我相信这些进展会在几个领域出现。首先，让我们来区分一下。多芯片技术已经成熟得多。这是可以理解的。几年前，它仍然只是一种空想。当你的设计规模扩大时，你能扩展封装吗？不能，但现在这已经是经过验证的了。围绕它的标准已经开始成熟。UCIe 已经成熟。

Arm 推出了 chiplet 芯片系统架构，这解决了更多难题。然后，生态系统正在兴起。一个例子就是 imec 的汽车 chiplet 项目（ACP）。他们从略微不同的角度看待问题，并解决了难题的另一部分。标准、工艺和制造的实现已经成熟到我相信未来会出现 chiplet 芯片市场的程度。我们正朝着正确的方向前进。

SE：您仍然认为还需要八年时间吗？

Posner：是的，为了生产。我们必须处理的另一件事是术语。“chiplet” 这个术语功能繁琐，从一开始我就必须向人们解释它的含义。最后，人们开始明白，有些定制系统采用多芯片设计，他们这样做是迫不得已。然后是 chiplet，你需要从第三方获取 IP 并将其集成到你的系统中。它已经变得非常以应用 / 生态系统为中心。以服务器 AI 为例，它有特定的应用 ——I/O 分解、内存分解。在汽车领域，计算与 I/O 分解，与 AI 分解。如果将 chiplet 市场限制在特定应用领域，而不是笼统地说会有一个市场，那么进入 chiplet 市场似乎会更容易一些。

Kruger：HBM 或许是 chiplet 市场的耀眼明星，但人们想要的远不止于此。定制化的空间始终存在，人们渴望超越标准，与众不同。对于规模最大的厂商来说，这种情况始终存在。然后，你拥有一个预定义形状的 chiplet，这意味着你必须设计系统的其余部分来匹配。你可能无法自由移动 UCIe，或者在 PHY 的堆叠方式上可能存在其他限制。这可能是由于外形尺寸及其周边环境所致。在系统层面，有很多方面需要考虑。最终会出现现成的 chiplet。但定制化的需求也随之而来。这需要找到一个平衡点。那么，对于商用 chiplet 来说，是否存在足够大的市场，人们愿意在尺寸或功耗方面做出一些让步？

Hee-Soo Lee：总的来说，我同意。标准的应用非常重要，但你也需要生态系统，因为它只是设计的一部分。这些 chiplet 从何而来？很多 IDM 厂商都在生产 chiplet，但在我看来，这些设计本身可能就是 chiplet 的风格，但并没有完全遵循标准，因为他们有自己的需求。

他们有自己的制造设施，所以可以以类似的方式设计其他结构，但并不完全遵循标准。这无法实现即插即用。这就是我看到的差距所在。这需要时间。一旦你从定制驱动转向标准驱动，包括 UCIe 和 Bunch of Wires，我们就会看到更多的机会。但根据市场和技术的趋势，这可能需要相当长的时间。我不是说需要多少年，但为了使市场成熟，需要几年的投资。回顾过去的封装技术，再思考 chiplet 的出现，务必思考它与系统级封装（SIP）有何不同。

如今，许多封装技术都与系统级封装混合在一个封装内。与 10 年前相比，chiplet 的技术更加成熟。现在我们有可能实现这一点。但是，我们该如何打破这些界限？业界如何从一切定制化转向更标准化的集成方式？这正是业界需要关注的重点。