在增加芯片密度的竞赛中，英特尔和AMD等集成设备制造商输给了TSMC。为了克服连续工艺节点不断增加的复杂性和成本，他们在寻找单片设计方法的替代方案——将芯片制造成小芯片的集合，通过模块化方法对单片芯片制造进行新一轮的创造性破坏。
小芯片技术并不新鲜。早在1965年，IBM就开发了一种大型处理器，但休眠了相当长的时间。由于转移到下一个工艺节点的复杂性和成本不断增加，芯片制造商正在追求这种旧技术。2015年，AMD采用小芯片技术设计的锐龙处理器使成本降低了40%。从那以后，人们对chiplet的兴趣越来越大。外界猜测，小芯片技术可能会成为对整体设计的新一轮创造性破坏。
小芯片是一个微小的集成电路，不是一个全功能处理器，而是包含一个定义明确的功能子集，如图形处理单元（GPU）。由于制造大规模单片半导体芯片的复杂性和成本不断增加，小芯片越来越受欢迎。因此，小芯片技术正在崛起，重新定义半导体行业。这些小芯片由不同的工艺节点生产，并在单个封装中的插入物上互连。
定义小芯片技术
小芯片技术指的是（I）将大芯片设计成小芯片，（ii）使用适当的工艺节点（总是较旧的）制造每个小芯片，以及（iii）将它们封装成单个芯片。小芯片技术承诺在一个库中提供一个模块化芯片菜单，每个都有不同的功能。它们将可能使用不同的工艺节点来产生；单个芯片可以具有使用7纳米、10纳米、28纳米和45纳米节点制成的小芯片。
此外，使用不同技术（如硅、InP和SiC）的小芯片产品可以封装在一起，作为集成芯片上的大规模系统（soic）。当然，小芯片技术还包括结合器件的基板和实现这些器件互连的手段。为了解决基板和互连问题，光学器件、铜混合焊接、标准化互连以及许多其他技术正在开发中。
小芯片封装技术类型
尺寸方面，有2.5D和3D两种封装方式。2.5D指的是使用内插器的方法集成。各个小芯片水平放置在同一平面上，而内插器将它们与基板连接起来。3D封装不用内插器，而是将芯片通过TSV直接高密度互连。在3D封装中，小芯片一个放在另一个上面，形成像多层建筑一样的3D结构，每个小芯片占据一层。最后，插入将小芯片的3D组件与基板连接。SiP（系统级封装）是指在封装中形成系统，无论是使用2.5D还是3D封装。
追求小芯片的AMD、英特尔和TSMC
AMD通过改用小芯片技术生产大型芯片的单一方法，彻底改造了自己。通过将每个大芯片分成更小的芯片，工程师们解决了许多关键问题，如产量和850mm2芯片尺寸限制。因此，AMD在2015年发布的基于chiplet的服务器芯片的成本下降了40%，使AMD有机会在服务器市场上与英特尔竞争。此外，它允许AMD制造一整套服务器产品，而无需为终端市场重新设计芯片。此外，AMD还将小芯片用于桌面处理器。
通过利用芯片制造和互连技术的最新进展，AMD设想向其主要客户提供定制芯片。AMD的客户可以从其IP产品组合中选择合适的小芯片来最佳地满足他们的需求。最近推出的通用小芯片互连快速（UCIe）标准为AMD集成第三方小芯片提供了更多机会。
英特尔作为复出计划的一部分，将其未来寄托在2D和3D多芯片封装技术上。顺便说一下，英特尔在小芯片时代并不新鲜。早在2005年，英特尔就将两个CPU内核合并为一个奔腾D处理器。它再次将小芯片技术用于其第一代核心“Arrandale”处理器。多年来，英特尔一直在改进互连技术，以减少对小芯片和电源之间带宽的负面影响。英特尔使用小芯片技术的一个著名例子是制造结合了47个小芯片（包含1000亿个晶体管）的“Ponte Vecchio”芯片。
TSMC一直在通过促进和提供小芯片服务来扩大纯粹的代工业务。TSMC在组建3DFabric联盟方面发挥了重要作用，使其客户——无晶圆厂芯片公司——更加方便。它将帮助芯片设计人员实施先进的小芯片封装技术。此外，3DFabric联盟带来了从EDA工具和内存到基板和测试的各种合作伙伴。TSMC提供3D硅堆叠和先进封装技术的3D构建组合。TSMC的3DFabric产品组合提供先进的技术，如SoIC，以及较老的技术，如集成扇出和基片上芯片（CoWoS）。
以一种创造性破坏力量崛起
用模块化设计和使用旧工艺节点制造小芯片，提供了一种成本更低的方式来制造具有数十亿晶体管的复杂芯片。它通过将预先开发的芯片集成到IC封装中，减少了产品开发时间和成本。芯片制造商将获得由许多公司开发的在不同节点具有不同功能的小芯片或芯片的菜单。因此，客户可以混合和匹配小芯片，并使用芯片到芯片互连方案（D2D）连接它们。当然有好处，但是要付出代价。
不是使用最新的处理节点处理单片芯片，而是使用旧节点生产的小芯片集成的ic封装受到多种限制。值得注意的是（I）性能，（ii）延迟，（iii）散热，以及（iv）封装尺寸。因此，与摩尔定律时代不同，小芯片时代没有同时提供成本和性能优势。这里有一个权衡问题。
尽管AMD的芯片在服务器市场取得了成功，但许多应用程序会发现节省成本不如放弃其他好处有吸引力。例如，尺寸和功耗对于可穿戴和移动设备非常重要。在一些物联网（IoT）应用中，一个微小的电池应该可以持续多年为芯片供电。在这种应用中，功耗的微小变化将显著决定比较优势。因此，推动破坏性创新浪潮的小芯片技术将取决于应用。对于桌面计算和小型数据中心，基于小芯片的处理器可能具有成本优势。但使用最新工艺节点的单片设计对于移动和可穿戴计算可能具有更高的比较优势。此外，小芯片技术增加了OSAT或封装服务提供商和无晶圆厂芯片公司的重要性。因此，由于入侵威胁，IDM可能遭受小芯片技术的创造性破坏。
难以彻底改造大环境
与遵循摩尔定律的集成电路或数码相机不同，小芯片技术以牺牲性能来节省成本。因此，对于不需要高性能的应用，小芯片技术核心充其量只是一种节省成本的替代方案。因此，为桌面应用等传统应用生产芯片的IDM最终可能会节省成本。但小芯片技术核心不太可能成长为强大的技术核心，对性能敏感型应用的单片芯片设计方法释放出创造性的破坏力。
从历史上看，没有一个技术核心能够通过牺牲性能和成本来成功推动革新浪潮。因此，IDM不太可能通过重新发明芯片设计和制造小芯片技术核心来重拾辉煌。
原文链接：
https://www.the-waves.org/2022/12/05/chiplet-technology-a-weak-reinvention-core/
