По мере замедления действия закона Мура полупроводниковая промышленность ищет инновационные решения для повышения производительности и функциональности, выходящие за рамки простого увеличения плотности транзисторов, как подробно описано в отчете IDTechEx «Технология чиплетов 2025-2035: технологии, возможности и приложения». Чиплеты предлагают многообещающее будущее, обеспечивая гибкость, модульность, возможность индивидуальной настройки, эффективность и экономичность в проектировании и производстве микросхем. Такие компании, как AMD и Intel, находятся в авангарде этой технологии, а такие продукты, как процессоры AMD EPYC и графический процессор Intel Ponte Vecchio для центров обработки данных, демонстрируют потенциал чиплетов для увеличения количества ядер и интеграции разнообразных функций.

Чиплеты — это дискретные модульные полупроводниковые компоненты, которые разрабатываются и изготавливаются отдельно, а затем интегрируются в более крупную систему. Такой подход аналогичен системе на кристалле (SoC), где каждый чиплет разработан для работы совместно с другими, что требует совместной оптимизации при проектировании.

В будущем дополненная реальность (AR) может быть объединена с проекционным дисплеем (HUD) для отображения текста и графики на разных фокусных расстояниях. Она может быть совместима с передовыми системами помощи водителю (ADAS) для повышения безопасности и автономности транспортных средств, хотя эти разработки, как ожидается, будут дорогостоящими и еще не достигли зрелости.

В отчете IDTechEx изложен уровень готовности различных технологий, используемых в проекционных дисплеях, а также преимущества и препятствия, мешающие их внедрению. Увеличение размера экрана и улучшенное разрешение входят в число аспектов, на которых будет сосредоточено будущее развитие, наряду с высокой яркостью и минимальными ограничениями на виртуальное расстояние изображения, что позволит обеспечить соответствие реальному миру. Модульность чиплетов соответствует ключевым тенденциям в полупроводниковой промышленности, таким как чиплетизация IP, гетерогенная интеграция и инкрементальный ввод-вывод. Чиплеты также связаны с гетерогенной интеграцией и передовыми технологиями упаковки.

SoC против концепции чиплетов. Источник: IDTechEx

Почему чиплетные технологии набирают популярность?

Замедление действия закона Мура значительно затруднило добавление большего количества транзисторов на ограниченной площади. Вместо этого интерес сместился в сторону повышения плотности функций, в чем преуспевает проектирование чиплетов. В то же время, усилия по разработке все больше сосредотачиваются на интеграции на системном уровне, а не только на изготовлении кремниевых пластин.

Внедрение чиплетной технологии обусловлено её способностью преодолевать ряд критических ограничений, присущих традиционным монолитным конструкциям микросхем. Одним из преимуществ является возможность преодоления таких ограничений, как размер кристаллической решетки и размер «стенки памяти», которые традиционно препятствуют производительности и масштабируемости полупроводниковых устройств. Модульная организация функций микросхемы в дискретные чиплеты позволяет производителям более эффективно оптимизировать использование полупроводниковых материалов и технологических узлов. Кроме того, чиплеты позволяют лучше использовать пространство в углах пластины и снижают процент дефектов, поскольку это пространство часто недоиспользуется в традиционных конструкциях микросхем, особенно в более крупных SoC, требующих постоянно растущего числа функций. Дискретные компоненты могут быть протестированы и проверены индивидуально перед интеграцией. В результате увеличивается производительность производства, что обеспечивает более высокое качество продукции и снижение себестоимости единицы. Кроме того, чиплеты упрощают процесс проектирования, позволяя интегрировать различные функции, адаптированные к конкретным приложениям, без необходимости создания совершенно новых конструкций микросхем. Эта гибкость сокращает время и затраты на разработку и позволяет быстро адаптироваться к меняющимся технологическим требованиям.

Технология чиплетной обработки данных позволяет производителям закупать различные компоненты у множества поставщиков в разных регионах. Такая диверсификация снижает зависимость от одного поставщика или географического региона, тем самым повышая устойчивость цепочки поставок. В условиях геополитической напряженности и торговых ограничений технология чиплетной обработки данных обеспечивает стратегическое преимущество, снижая риски, связанные с перебоями в поставках. Внедряя чиплетные конструкции, компании могут более эффективно обходить эти ограничения, обеспечивая стабильные поставки критически важных компонентов, не завися в значительной степени от регионов, подверженных политической нестабильности или торговым санкциям.

В совокупности эти факторы делают чиплетную технологию привлекательным вариантом для производителей, стремящихся повысить производительность при сохранении экономической эффективности.

Новые функции и дизайн благодаря чиплетной технологии. Источник: IDTechEx

Обзор текущего состояния рынка:
Мировой рынок чиплетных вычислений демонстрирует впечатляющий рост и, по прогнозам, к 2035 году достигнет 411 миллиардов долларов, чему способствует спрос на высокопроизводительные вычисления в таких секторах, как центры обработки данных и искусственный интеллект. Модульная структура чиплетов обеспечивает быструю разработку и индивидуальную настройку, удовлетворяя конкретные потребности рынка и одновременно сокращая время и затраты на разработку.

Несмотря на многочисленные преимущества, чиплеты также создают новые проблемы. Интеграция нескольких чиплетов требует передовых технологий и стандартов межсоединений для обеспечения бесперебойной связи между компонентами. Управление тепловым режимом — еще один критически важный аспект, поскольку повышенная плотность функций может привести к перегреву, если не обеспечить надлежащее управление. Эти проблемы открывают возможности для различных участников цепочки поставок. Например, различные области упаковки в конструкции чиплетов требуют различных типов наполнителей для удовлетворения конкретных потребностей, таких как защита самих чипов путем обеспечения механической поддержки и термической стабильности, а также защита тонких проводов и шариков припоя, соединяющих чиплеты, предотвращая такие проблемы, как расслоение или разделение. Это создает спрос на инновационные материалы, повышающие надежность и производительность.

Обзор отчета:
Отчет IDTechEx «Чиплетные технологии 2025-2035: технологии, возможности и приложения» представляет собой всесторонний анализ рынка чиплетных технологий. Он начинается с краткого обзора, в котором изложены основные выводы и перспективы отчета, закладывая основу для подробного ознакомления с основами чиплетной технологии. В отчете рассматриваются факторы и преимущества, делающие чиплетную конструкцию привлекательной, а также определяются проблемы и препятствия на пути ее внедрения и использования. В нем представлены сведения о технологии и производственных процессах, включая методологии проектирования и методы упаковки. Обсуждение распространяется на межчиповую связь, уделяя особое внимание межсоединениям и стандартам, необходимым для бесшовной интеграции. Описаны стратегии управления тепловым режимом для решения проблем теплоотвода в системах с плотной компоновкой. Наконец, в отчете рассматриваются различные области применения, представлены примеры использования в разных отраслях и продемонстрирована универсальность и влияние чиплетной технологии. Представлен 10-летний прогноз рынка, сегментированный по областям применения, с анализом тенденций роста и будущих прогнозов. В нем также подробно рассматривается цепочка поставок, освещаются ключевые игроки и их роль в развитии чиплетной технологии.

Автор: д-р Сяоси Хэ, директор по исследованиям в IDTechEx