Chiplets的可靠性、集成和可用性的挑战需要时间来解决。编译来源：Semiconductor Engineering
本文为在最近的电子系统设计联盟活动中与Cadence总裁兼首席执行官Anirudh Devgan；西门子EDA执行副总裁Joseph Sawicki；是德科技副总裁兼总经理Niels Faché；Arm顾问Simon Segars；以及D2S董事长兼首席执行官Aki Fujimura的讨论的摘录的第二部分
SE：AMD、Marvell和英特尔正在使用chiplet以相对较快的速度创建定制解决方案。这种没有人拥有所有部件的模式在商业市场中是否有效？
Segars: 从某种程度上说，它只是提供知识产权的另一种机制。这是硬IP，但它又回到了未来。我们曾经在GDSII中做硬IP而不是RTL。现在它在硅中。但是有机会获得大量的重用并帮助降低成本，因为如果你有一些在很多市场中有用的计算子系统，你可以将其淘汰并优化它，并为这些更复杂的系统级封装设计之一创建一个构建块。关键是能够用你拥有的任何内存，模拟或传感器制造一些额外的技术，并且能够混合和匹配。这将打开设计的另一个维度。这将会发生。它不适用于所有市场，因为将这些复杂封装放在一起的成本不会在很长一段时间内缩小到50美分的微控制器。但它在帮助提高效率，降低成本和提高性能方面具有巨大的潜力。
Devgan：封装和PCB之间存在自然耦合。通常，这些小组在某些客户甚至代工厂是分开的，现在他们聚在一起。封装对于大型代工厂和大公司来说变得至关重要。必须发生的第一件事是这两个领域必须作为PCB/系统封装与IC结合在一起。然后平台必须允许这些事情发挥良好，并在其之上进行分析。但所有这些事情都是可以做到的。您需要一个可以同时进行多芯片和高级封装以及分析的平台。Cadence已经与几家先进的封装厂合作。对于代工厂而言，这是未来战略的关键部分。它非常适合EDA和IP以及代工业务。
SE：不过，在过去，您处理的是集成到设计中的软IP，该设计将批量生产数亿个单位。现在我们处理的体积要小得多，我们必须将所有这些部分整合在一起。这将如何运作？
Devgan：我们谈论了很多关于设计的问题，无论是3D-IC还是特定领域的设计。其他部分是验证（这是超级关键）和软件。我们使用硬件平台来推动验证，这在3D-IC中变得更加重要。您可能正在设计五个芯片，其中一个在RTL中，另外四个在硅中，反之亦然。因此，即使是仿真和验证也必须进入不同的水平。验证改进与设计改进一样重要。使用3D-IC，有软件级验证，芯片级验证，然后是电磁学和热学。验证，以及设计团队或公司在验证方法方面的好坏，可以成为未来的差异化因素。无论你是进行一次迭代并首次传递到硅，还是进行四次迭代，芯片制造完成和产品制造完成之间的差距多久，如果你看看世界级的公司，这个差距只有几个月的时间，而过去是一两年。
Fujimura：有很多方面必须作为一个整体来考虑。验证必须考虑到这些非常复杂的影响。这是阻碍互操作性的部分原因。大公司可以做到。但对于试图自己进行整合的小公司来说，这很困难。需要EDA公司提供工具来普及这些技术。当想要将多种不同的技术集成在一起时，就需要chiplet。可以在一个基材上进行，但这不是最好的方法。最好的方法是将它们组合在一起。例如，当需要像英伟达这样的高性能时，他们会使用全标线，这是您可以生产的最大尺寸。但这还不足以让他们获得所需的性能。他们还需要侧面的内存和硅中介层。他们需要使用所有技术，包括3D包装和完整的标线。因此，无论是要追求极高的性能，比如英伟达，还是要集成——就像人们过去谈论的SoC，但现在它更多地发生在Marvell等chiplet上——这两种用途都将占上风。3D无处不在。它也在芯片内部。如果你看一下NAND的内部，它有128层高。它看起来像一座摩天大楼。因此，3D集成在内部也变得很重要。如果你看一下晶体管，它们也会变成3D。晶体管曾经是ap通道和n通道。现在他们正在使用finFET，他们将进行全方位栅极，越来越高。他们试图将东西尽可能紧密地包装在一起，但使用更复杂的制造技术。也有关于DRAM在未来某个时候成为3D的讨论。对于高性能世界，驱动因素是互连。很久以前，Cray Computer的Pod被排成一圈，因为他们希望最大限度地减少从一个节点连接到另一个节点所需的电线数量，并使其更加统一。同样的事情也在这里发生，无论是纳米级的晶体管，还是微米级、毫米级甚至米级。最小化互连是关键。如果你把一个芯片叠在另一个上面，那比放在一边要好得多。3D将成为高性能计算的发展方向。Cray Computerpod排列成一个圆圈，因为它们希望最大限度地减少从一个节点连接到另一个节点所需的电线数量，并使其更加统一。同样的事情也发生在这里，无论是纳米级的晶体管，还是微米级、毫米级甚至米级。最小化互连是关键。如果你把一个芯片叠在另一个上面，那比放在一边要好得多。3D将成为高性能计算的发展方向。CrayComputerpod排列成一个圆圈，因为它们希望最大限度地减少从一个节点连接到另一个节点所需的电线数量，并使其更加统一。同样的事情也发生在这里，无论是纳米级的晶体管，还是微米级、毫米级甚至米级。最小化互连是关键。如果你把一个芯片叠在另一个上面，那比放在一边要好得多。3D将成为高性能计算的发展方向。这比放在一边要好得多。3D将成为高性能计算的发展方向。这比放在一边要好得多。3D将成为高性能计算的发展方向。
Faché：Chiplet非常适合IDM，因为它们拥有从IP到制造和组装的端到端流程。所以他们可以在整个领域进行权衡。这与没有这种控制水平的无晶圆设计公司非常不同。准确的系统级仿真对他们来说真的很关键。
Sawicki：谈论供应链危机和可用性以及3D集成很有趣。至少在接下来的两年里，必须同时出现五个部分才能将它们放在一个包中是一个有趣的问题。
SE：一切都在向供应链前段移动，包括可靠性。但随着我们进入更多安全关键和任务关键型应用，当我们不知道这些设备将如何在现实世界中使用时，我们如何提高芯片设计流程最左侧的可靠性？
Sawicki：这是多维度的问题，可以讲很多细节层次。它真的很难进行测试，因为在大型数据晶圆厂内部存在随机故障问题。现在出现的那些是因为有一个故障模型未被视为测试过程的一部分。此外，片上监控的某些方面变得更加重要，观察这种行为并报告回来并允许某人在他们的数据中心进行调试，而不是在RMA之后必须在实验室进行调试。在分析和改进支持设计阶段的工厂方面，需要完成安全和安保方面的工作。它基本上涉及我们现有的所有工具因素，包括物理验证。制造工具在OPC保真度方面需要精度，这远远超出了基本流程窗口所必需的范围，因为他们担心所有可能出现的问题。所以它无处不在，几乎适用于所有的工具。有很多效果可以发挥作用。
Faché：对我们来说，为可靠性而设计是一件大事。是德科技不仅提供设计工具，我们还使用它们来设计非常广泛的仪器组合，可靠性非常重要。我们有非常严格的生命周期要求。生命周期要求是一件大事，除非它是产品开发生命周期中不可或缺的一部分，从设计到制造和测试，否则您真的无法实现这一目标。
多年来，我们对产品生命周期进行了大量升级，并审查了最佳实践。这也对我们的设计工具产生了影响。我们的内部用户以及我们的客户都应对电气和热限制。这在组件级别听起来可能很容易。但是，当您考虑仪器时，这是一个非常非常具有挑战性的问题。我们的一些仪器实际上有数千个组件，并且它们的运行条件在温度，湿度，空气质量方面可能会有很大差异它真正从IC级别开始，然后进入系统。你必须处理互连，信号完整性，电源完整性问题。我们非常重视构建这些工具，以帮助客户设计可靠性。
Fujimura：可靠性对我们来说尤为重要，因为我们服务于制造公司，我们的一些技术用于设备。在世界各地的掩膜店里，一些至今仍在使用的最古老的工具，是在 1998 年 Google 成立之前运到他们那里的。这种设备必须使用很长时间。并且连接到它的计算设备也必须持续很长时间。对于客户来说，这些都是非常重要的考虑因素。有些芯片非常可靠。计算机中最糟糕的事情是电源。第二个最糟糕的事情是风扇。但是由于多年来开发的所有工具，这些芯片实际上非常好。即使您进行高温或高湿测试，设备也可能在您测试时正常工作。所以这不是婴儿死亡率。它只是随着时间的推移而失效，因为电子正在流过并且它正在成为保险丝。当人们遇到这些问题时，他们试图理解这些问题并向 EDA 组织寻求帮助。而 EDA 公司的反应总是很好。
Devgan：如果你要将某些东西发送到一个特定的环境，并且你希望它持续很长时间，你想看看它在那个环境中的表现。这又回到了上下文中的验证。如何获取矢量或驱动程序？最好的方法是仿真，它的运行速度比在CPU上完成的要快1000倍。有RTL签核，然后是硅流片，然后是软件开发，然后是产品发布。因此，我们有最先进的公司在这些仿真平台上冻结RTL之前进行软件启动。如果您确保设计可以在冻结 RTL 之前启动软件，那么这确实可以提高整体解决方案的可靠性。当然，它也有物理部分。但是，验证，因为它在功能方面如何模拟真实环境呈指数级增长，因此至关重要。
Segars：有趣的一件事是这些问题比以前更普遍。推动半导体行业大幅增长的因素，以及支持它的一切，都是消费电子产品，它们在很大程度上是可替代的。像在 PC 中一样，软件如果变得很复杂，你只需要另一个，要么有一部新手机要么是一个新应用程序。因此，设备出现了翻天覆地的变化，可靠性并不是一个真正的大问题，因为用户会在它坏掉之前更换它。但是现在汽车消耗的硅产品比以前多一吨，而且这种趋势不会很快放缓。已经有了要远程部署的东西。这些物联网设备可能很便宜，而且它们必须是低成本和低功耗的，但真的没必要去维修它们。人们希望它们运行多年。因此，在设计、可靠性、安全性、安保等各个方面——这些都是现在似乎影响到一切的问题。不久前，可靠性还在一些利基的市场相对重要，但现在可靠性无处不在。任何担心任何设计的工程师都将不得不以前所未有的方式考虑这些事情。