Com o abrandamento da Lei de Moore, a indústria de semicondutores procura soluções inovadoras para impulsionar o desempenho e a funcionalidade, indo além do simples aumento da densidade de transístores, como detalhado no relatório da IDTechEx, "Chiplet Technology 2025-2035: Technology, Opportunities, and Applications". Os chiplets oferecem um caminho promissor, proporcionando flexibilidade, modularidade, personalização, eficiência e relação custo-benefício no design e fabrico de chips. Empresas como a AMD e a Intel estão na vanguarda desta tecnologia, com produtos como os processadores EPYC da AMD e o GPU Ponte Vecchio da Intel para data centers, demonstrando o potencial dos chiplets para aumentar o número de núcleos e integrar diversas funcionalidades.
Os chiplets são componentes semicondutores discretos e modulares, concebidos e fabricados separadamente antes de serem integrados num sistema maior. Esta abordagem é semelhante à de um sistema em módulo (SoC), em que cada chiplet é desenhado para funcionar em conjunto com os restantes, o que exige co-otimização no projeto.
No futuro, a realidade aumentada (RA) poderá ser combinada com o visor frontal (HUD) para exibir texto e gráficos a diferentes distâncias focais. Poderá ser compatível com sistemas avançados de assistência ao condutor (ADAS) para melhorar a segurança e a autonomia do veículo, embora se espere que estes desenvolvimentos sejam dispendiosos e ainda não estejam numa fase avançada.
O relatório da IDTechEx descreve os níveis de prontidão das várias tecnologias utilizadas nos displays heads-up, bem como as vantagens e barreiras que dificultam a sua adoção. O aumento do tamanho do ecrã e a melhoria da resolução estão entre os aspetos em que o desenvolvimento futuro se irá focar, juntamente com uma elevada luminância e limitações mínimas na distância da imagem virtual, permitindo o alinhamento com o mundo real. A modularidade por chiplets está alinhada com as principais tendências de semicondutores, como a chipletização de IPs, a integração heterogénea e a E/S incremental. Os chiplets estão também associados à integração heterogénea e à embalagem avançada.
SoC versus o conceito de chiplet. Fonte: IDTechEx
Por que razão os chiplets estão a ganhar popularidade?
A desaceleração da Lei de Moore tornou cada vez mais difícil adicionar mais transístores numa área limitada. Em vez disso, o interesse voltou-se para a melhoria da densidade de funções, uma área na qual o design de chiplets se destaca. Entretanto, os esforços de desenvolvimento têm-se concentrado cada vez mais na integração ao nível do sistema, em vez de se concentrarem exclusivamente no fabrico de wafers.
A adoção da tecnologia de chiplets é impulsionada pela sua capacidade de ultrapassar diversas limitações críticas inerentes aos projetos de chips monolíticos tradicionais. Uma das vantagens é a capacidade de ultrapassar restrições como o tamanho da rede cristalina e o tamanho da parede de memória, que tradicionalmente limitam o desempenho e a escalabilidade dos dispositivos semicondutores. Ao modularizar as funções do chip em chiplets discretos, os fabricantes podem otimizar de forma mais eficaz a utilização de materiais semicondutores e nós de processamento. Além disso, os chiplets podem utilizar melhor o espaço nos cantos do wafer e apresentar uma menor taxa de defeitos, uma vez que este espaço é frequentemente subutilizado em projetos de chips convencionais, particularmente em SoCs maiores que requerem um número cada vez maior de funções. Os componentes discretos podem ser testados e validados individualmente antes da integração. Como resultado, o rendimento do fabrico aumenta, possibilitando uma maior qualidade de produção e uma redução dos custos unitários. Adicionalmente, os chiplets facilitam um processo de design mais flexível, permitindo a integração de diversas funcionalidades adaptadas a aplicações específicas sem a necessidade de designs de chips totalmente novos. Esta flexibilidade reduz o tempo e os custos de desenvolvimento e permite uma rápida adaptação às exigências tecnológicas em constante evolução.
A natureza dos chiplets permite aos fabricantes obter diferentes componentes de múltiplos fornecedores em diversas regiões. Esta diversificação reduz a dependência de um único fornecedor ou área geográfica, melhorando assim a resiliência da cadeia de abastecimento. Num contexto de tensões geopolíticas e restrições comerciais, a tecnologia de chiplets oferece uma vantagem estratégica ao mitigar os riscos associados a interrupções no fornecimento. Ao adotar projetos com chiplets, as empresas podem contornar estas limitações de forma mais eficaz, garantindo um fornecimento consistente de componentes críticos sem depender excessivamente de regiões sujeitas a instabilidade política ou sanções comerciais.
Em conjunto, estes fatores tornam a tecnologia de chiplets uma opção atrativa para os fabricantes que procuram melhorar o desempenho, mantendo a eficiência económica.
Novas características e designs graças ao chiplet. Fonte: IDTechEx
Visão geral atual do mercado:
O mercado global de chiplets está a registar um crescimento notável e prevê-se que atinja os 411 mil milhões de dólares até 2035, impulsionado pela procura de computação de alto desempenho em setores como os centros de dados e a IA. A natureza modular dos chiplets permite uma inovação e personalização rápidas, atendendo a necessidades específicas do mercado e, simultaneamente, reduzindo o tempo e os custos de desenvolvimento.
Embora os chiplets ofereçam inúmeras vantagens, também apresentam novos desafios. A integração de múltiplos chiplets exige tecnologias e normas de interligação avançadas para garantir uma comunicação perfeita entre os componentes. A gestão térmica é outro aspeto crítico, dado que o aumento da densidade de funções pode levar ao sobreaquecimento se não for gerido adequadamente. Estes desafios criam oportunidades para diversos participantes da cadeia de abastecimento. Por exemplo, diferentes áreas de encapsulamento no design dos chiplets requerem diferentes tipos de materiais de enchimento para satisfazer necessidades específicas, tais como a proteção dos próprios chips, proporcionando suporte mecânico e estabilidade térmica, e a proteção dos delicados fios e esferas de solda que ligam os chiplets, evitando problemas como a delaminação ou a separação. Isto cria uma procura por materiais inovadores que melhorem a fiabilidade e o desempenho.
Cobertura do Relatório:
O relatório da IDTechEx, "Tecnologia de Chiplets 2025-2035: Tecnologia, Oportunidades e Aplicações", oferece uma análise abrangente do panorama da tecnologia de chiplets. Inicia-se com um resumo executivo que apresenta uma visão geral das conclusões e perspetivas do relatório, preparando o terreno para uma introdução detalhada aos fundamentos da tecnologia de chiplets. O relatório explora os fatores e as vantagens que tornam o design de chiplets atrativo, ao mesmo tempo que identifica os desafios e os obstáculos à sua adoção e implementação. Fornece insights sobre a tecnologia e os processos de fabrico, incluindo metodologias de design e técnicas de encapsulamento. A discussão estende-se à comunicação chip-a-chip, com foco nas interligações e normas necessárias para uma integração perfeita. São descritas estratégias de gestão térmica para lidar com o controlo de calor em sistemas densamente encapsulados. Por fim, o relatório examina diversas áreas de aplicação, apresentando casos de utilização em diferentes setores e demonstrando a versatilidade e o impacto da tecnologia de chiplets. É fornecida uma previsão de mercado a 10 anos, segmentada por aplicação, examinando as tendências de crescimento e as projeções futuras. O estudo explora também a cadeia de abastecimento, destacando os principais participantes e o seu papel no avanço da tecnologia de chiplets.
Autora: Dra. Xiaoxi He, Diretora de Investigação da IDTechEx
