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为什么Chiplet在汽车领域如此重要?(上)

2024年2月23日
  • 作者:约翰·昆John Koon
  • 编辑:Ana Hu
  • 中国出海半导体网

 

编者按:近日,Semiconductor Engineering杂志的技术编辑近期,约翰·昆John Koon发文分析了汽车市场选择Chiplet的原因,以及目前该领域所面临的挑战。他表示,“Chiplet在汽车市场重新受到关注,不断发展的电气化electrification激烈的竞争迫使许多公司加快设计和生产计划。下面中国出海半导体网将为您呈现更详细的内容。

 

电气化已经点燃了一些最大、最知名的汽车制造商的热情,面对非常短的市场窗口和不断变化的需求,这些制造商正在努力保持竞争力。与过去不同的是,汽车制造商通常采用五到七年的设计周期,而当今汽车的最新技术很可能在几年内就被认为过时了。如果他们跟不上,就会有一批全新的初创公司生产廉价汽车,这些汽车能够像软件更新一样快速地更新或更改功能。

但软件在速度、安全性和可靠性方面存在局限性,而定制硬件正是许多汽车制造商现在努力的方向。这就是Chiplet用武之地,现在的重点是如何在大型生态系统中建立足够的互操作性,使之成为一个即插即用的市场。实现汽车Chiplet互操作性的关键因素包括标准化、互连技术、通信协议、电源和热管理、安全性、测试和生态系统协作。

与板级的非汽车应用类似,许多设计工作都集中在芯片到芯片(die-to-die)的方法上,这推动了许多新颖的设计考虑和权衡。在芯片层面,由于设计性能要求的提高,各种处理器、芯片、内存和I/O之间的互连变得越来越复杂,从而引发了一系列标准活动。人们提出了不同的互连和接口类型来满足不同的目的,而用于专用功能(处理器、存储器和I/O等)的新兴Chiplet技术正在改变芯片设计的方法。

“汽车原始设备制造商认识到,要控制自己的命运,他们就必须控制自己的SoC,”西门子EDA虚拟和混合系统副总裁David Fritz表示,“然而,他们不明白自1982年上大学以来EDA已经走了多远。此外,他们认为他们需要进入最新的工艺节点,其中一套掩模组将花费1亿美元。他们负担不起。他们也无法获得人才,因为人才库相当小。所有这些加在一起,原始设备制造商认识到,要控制自己的命运,他们需要一种由其他人开发的技术,但可以根据需要进行组合,以拥有独特的差异化产品,他们相信至少对一些人来说是面向未来的模型年。然后它在经济上变得可行。唯一符合要求的是Chiplet。”

Chiplet可以针对特定功能进行优化,这可以帮助汽车制造商利用已在多种车辆设计中得到验证的技术满足可靠性、安全性和安保要求。此外,它们还可以缩短上市时间并最终降低不同特性和功能的成本。

过去十年来,对芯片的需求一直在增长。根据Allied Market Research的数据,全球汽车芯片需求将从2021年的498亿美元增长到2031年的1213亿美元。这种增长将吸引更多的汽车芯片创新和投资,而Chiplet预计将成为一大受益者。

Chiplet市场的成熟还需要一段时间,并且可能会分阶段推出。最初,供应商将提供不同风格的专有模具。然后,合作伙伴将共同努力提供Chiplet以相互支持,就像一些供应商已经发生的那样。最后阶段将是普遍可互操作的Chiplet,由UCIe或其他互连方案支持。

进入最后阶段将是最困难的,并且需要进行重大改变。为了确保互操作性,汽车生态系统和供应链中足够多的部分必须聚集在一起,包括硬件和软件开发商、代工厂、OSAT以及材料和设备供应商。

势头正在增强

从积极的一面来看,并非所有这一切都是从头开始的。在板级、模块和子系统始终使用板载芯片到芯片接口,并将继续这样做。各种芯片和IP提供商(包括Cadence、Diode、Microchip、NXP、Renesas、Rambus、Infineon、Arm和Synopsys)提供现成的接口芯片或IP来创建接口芯片。

通用Chiplet Interconnect Express (UCIe)联盟是芯片到芯片开放互连标准背后的驱动力。该组织于2023年8月发布了最新的UCIe 1.1规范。董事会成员包括阿里巴巴、AMD、Arm、ASE、Google Cloud、英特尔、Meta、微软、NVIDIA、高通、三星等。行业合作伙伴表现出广泛的支持。AIB和Bunch of Wires (BoW)也已被提出。此外,Arm刚刚发布了自己的Chiplet系统架构,以及更新的AMBA规范,以标准化Chiplet协议。

Cadence设计IP高级产品营销组总监Arif Khan表示:“在必要性的推动下,Chiplet已经出现了。” “不断增长的处理器和SoC尺寸正在达到标线极限和规模不经济。工艺技术进步带来的增量收益低于每个晶体管和设计成本的上升。封装技术(2.5D/3D)和芯片间接口标准化(例如UCIe)的进步将促进Chiplet的开发。”

如今使用的几乎所有Chiplet都是由英特尔、AMD和Marvell等大型芯片制造商内部开发的,因为他们可以严格控制这些Chiplet的特性和行为。但各个层面都在开展工作,向更多参与者开放这个市场。当这种情况发生时,较小的公司可以开始利用备受瞩目的开拓者迄今为止所取得的成就,并围绕这些发展进行创新。

Arteris高级战略营销总监Guillaume Boillet表示:“我们许多人相信,拥有现成的、可互操作的Chiplet组合的梦想可能需要数年时间才能成为现实。”他补充说,互操作性将来自于合作伙伴群体,他们正在解决规范不完整的风险。

这也提高了FPGA和eFPGA的吸引力,它们可以为现场硬件提供一定程度的定制和更新。“Chiplet是真实存在的,” Flex Logix首席执行官Geoff Tate说道。“目前,一家制造两个或更多Chiplet的公司比一家制造几乎没有良率的接近光罩尺寸芯片的公司更经济。Chiplet标准化似乎还很遥远。甚至UCIe还没有一个固定的标准。并非所有人都同意UCIe、裸片测试以及当集成封装无法工作时谁负责问题等。我们确实有一些客户使用或正在评估eFPGA的接口,这些接口的标准不断变化,例如UCIe。他们现在就可以实现芯片,并使用eFPGA来适应以后的标准变化。”

还有其他支持Chiplet的努力,尽管出于一些不同的原因——尤其是设备扩展成本的上升以及需要将更多功能集成到芯片中,而芯片在最先进的节点上受到标线的限制。但这些努力也为汽车领域的Chiplet铺平了道路,并且有强大的行业支持来实现这一切。例如,在SEMI、ASME和三个IEEE协会的赞助下,新的异构集成路线图(HIR)着眼于各种微电子设计、材料和封装问题,为半导体行业制定路线图。他们当前的重点包括2.5D、3D-IC、晶圆级封装、集成光子学、MEMS和传感器以及系统级封装(SiP)、航空航天、汽车等。

在最近举行的2023年异构集成全球峰会上,来自AMD、应用材料、日月光、泛林集团、联发科、美光、Onto Innovation、台积电等公司的代表都展示了对Chiplet的大力支持。另一个支持Chiplet的组织是Chiplet Design Exchange(CDX)工作组,它是开放域特定架构(ODSA)和开放计算项目基金会(OCP)的一部分。Chiplet Design Exchange(CDX)章程重点关注Chiplet和Chiplet集成的各种特性,包括2.5D堆叠和3D集成电路(3D-IC)的电气、机械和热设计交换标准。其代表包括Ansys、Applied Materials、Arm、Ayar Labs、Broadcom、Cadence、Intel、Macom、Marvell、Microsemi、NXP、Siemens EDA、Synopsys等。

“汽车公司对每个Chiplet功能的要求仍处于剧变状态,”西门子的弗里茨指出。“一个极端有这些问题,另一个极端也有这些问题。这是最甜蜜的地方。这就是所需要的。这些是可以开展此类工作的公司类型,然后你可以将它们组合在一起。那么这个互操作性的事情就没什么大不了的了。OEM可能会说“我必须处理所有可能性”,从而使事情变得过于复杂。另一种选择是,他们可能会说,‘这就像高速PCIe一样。如果我想从一个人到另一个人进行沟通,我已经知道该怎么做。我有运行我的操作系统的驱动程序。这将解决很多问题,我相信这就是最终的结果。”

 

您也可以点击查看英文原文:

https://semiengineering.com/why-chiplets-are-so-critical-in-automotive/