Como hay más referencias al desarrollo de chips semiconductores, podría ser útil considerar qué son y por qué son necesarios. A medida que se scale back el tamaño de las características del semiconductor, se pueden empaquetar más y más transistores en la misma área. Este aumento en la densidad de características permite el progreso continuo siguiendo las predicciones de la Ley de Moore. Hay consecuencias a este aumento en la densidad. Una es que a medida que se agregan más y más capacidades, existe la necesidad de proporcionar medios adicionales para que las funciones del dispositivo estén disponibles para el mundo exterior. Esto requiere el aumento del número de conexiones de entrada/salida (E/S) para el dispositivo. Existe un límite en la densidad del espacio entre estos puntos de E/S debido a la necesidad de poder conectar todos y cada uno de los puntos a circuitos adicionales sin desconectar el dispositivo.
La solución al problema del manejo de las interconexiones ha tenido varias respuestas. Entre las posibilidades se encuentran la incorporación de materiales más nuevos (¿diseñados a medida?) y el desarrollo de técnicas personalizadas que incluyen 2.5D, 3D-IC, empaque a nivel de oblea y sistema en paquete (consulte la Ref. 1 para obtener detalles adicionales). Entre las nuevas concepts se encuentran el desarrollo de interconexiones y otras posibilidades para generar señales e información.
El issue de mayor influencia es el costo de implementación y fabricación. Según la Referencia 2: “Hay menos clientes en 5nm que en 7nm, y había menos en 7nm que en 10nm, porque un número menor de empresas puede extraer valor de las grandes inversiones de capital necesarias para desarrollar estos nuevos productos”. El tema es la financiación. Cualquier diseño debe poder proporcionar un retorno de los costos de desarrollo y producción. ¡El autor ha oído hablar de los costos de diseño de un dispositivo de vanguardia que pueden llegar a $ 100 millones o más! Eso también indica las horas para desarrollar todos los aspectos del diseño, incluidas las herramientas necesarias para la fabricación. Lo que es una tasa de defectos aceptable para 100 millones de transistores en un solo dispositivo se convierte en un desastre cuando hay 10 de miles de millones de transistores en el dispositivo.
Se necesita una solución. Entra en el concepto del “chiplet”. Como explica la Referencia 3, un chiplet es un elemento de subdispositivo que proporciona ciertas funciones predeterminadas. Un ejemplo es que el chiplet podría ser el circuito de temporización especializado totalmente operativo. Si este concepto avanza, y parece que lo está haciendo, habrá bibliotecas de diseños de funciones que se pueden seleccionar para realizar acciones/cálculos específicos. Estos chiplets pueden empaquetarse y montarse, montarse directamente en la oblea (comparable al ensamblaje de chip invertido en el nivel de la placa de cableado impreso) o unir un segmento de oblea a nivel de oblea. El esfuerzo por crear estas nuevas capacidades no será fácil. Varios fabricantes importantes han creado un consorcio (Ref. 4) para estandarizar las especificaciones y capacidades de los chiplets.
La pregunta es por qué son necesarios. La referencia 5 describe la necesidad de una potencia informática más rápida. Los últimos diseños de CPU y GPU de supercomputadoras a exaescala combinan funciones de chip complejas en paquetes avanzados. Estas computadoras serán 1000 veces más rápidas que las supercomputadoras existentes. “Eso está empezando a cambiar. Algunas supercomputadoras a exaescala, pero no todas, están utilizando un enfoque de chiplet, en specific los sistemas basados en los EE. UU. En lugar de un SoC, las CPU y GPU de estos sistemas incorporan matrices o mosaicos más pequeños, que luego se fabrican y se reagregan en paquetes avanzados. En pocas palabras, es relativamente más fácil fabricar troqueles más pequeños con mayores rendimientos que los SoC grandes”.
En una escala más pequeña, los chiplets pueden proporcionar diseños que ahorran tiempo y pueden producir dispositivos en paquetes muy pequeños. La comunidad médica se beneficia de dispositivos más pequeños, especialmente en dispositivos implantados. Por lo common, los dispositivos más pequeños requerirán menos energía, lo que a su vez proporciona una mayor duración de la batería. En otros casos, la capacidad de reducir el tamaño del dispositivo habilitará aplicaciones que actualmente no son posibles. Todo irá a chiplets, probablemente no. Los dispositivos de capacidad avanzada pueden beneficiarse de un empaquetado más eficiente, que los chiplets parecen proporcionar. El futuro nos informará de cuán efectivos pueden ser los chiplets.
Referencias:
- https://semiengineering.com/knowledge_centers/packaging/advanced-packaging/chiplets/
- https://semiengineering.com/scaling-advanced-packaging-or-both/
- https://semiengineering.com/paving-the-way-to-chiplets/ https://gildersdailyprophecy.com/posts/wafer-scale-integration-is-underway
- https://www.designnews.com/electronics/tech-giants-form-consortium-standardize-chiplet-interfaces
- https://semiengineering.com/chiplets-enter-the-supercomputer-race/?cmid=27ae90f7-287c-484e-b4b9-4299ffd5c533
