本文来自微信公众号“半导体行业观察”。
最近，半导体工程与Arteris解决方案和业务开发副总裁Frank Schirrmeister；Cadence硅解决方案部产品营销总监Mayank Bhatnagar；Expedera营销副总裁Paul Karazuba，；是德科技EDA产品管理/集成经理Stephen Slater；西门子EDA高级封装解决方案客户技术经理Kevin Rinebold；以及Synopsys高性能计算IP解决方案产品管理副总裁Mick Posner坐下来讨论建立商业芯粒生态系统的挑战。
以下是该讨论的摘录。
SE：如今，chiplet的各个方面都有很多讨论和活动。您对商业Chiplet生态系统目前的状况有何看法？
Schirrmeister：如今，人们对开放式芯粒生态系统很感兴趣，但我们距离真正的开放性可能还很远。芯粒的专有版本仍然活跃并正在蓬勃发展。我们在设计中看到了它们。我们的供应商都支持这些目标，使其成为现实，就像UCIe支持者一样，但要实现完全开放的生态系统还需要一些时间。我们可能至少需要三到五年才能达到PCI Express类型的交换环境。
Bhatnagar：商业芯粒生态系统还处于非常早期的阶段。许多公司正在提供芯粒，正在设计它们，并且正在运输产品-但它们仍然是单一供应商产品，同一家公司正在设计所有部件。我希望随着UCIe标准的进步以及更多的标准化，我们最终能够为芯粒提供类似市场的环境。
Karazuba：AMD等组织非常了解同质芯粒的商业化。但对于异构chiplet（即来自多个供应商的chiplet）的商业化，仍然存在很多问题。
Slater：我们参加了很多董事会讨论，并参加了台积电OIP等行业活动，目前有很多令人兴奋的事情。我看到很多中小型客户开始考虑他们的芯粒应该是什么的开发计划。我确实认为那些最先取得成功的将是那些处于像台积电这样的单一代工生态系统中的公司。今天，如果您要选择IP，您可以通过多种方式来选择哪个IP，查看之前已流片的内容以及它的成功程度，以便您可以管理风险和成本当你把东西放在一起时。未来我们会看到，现在你有选择了。您是购买IP，还是购买chiplet？至关重要的是，它们都来自同一个晶圆厂，并以相同的方式组装在一起。UCIe标准封装与先进封装等技术考虑因素、高速仿真分析工具集以及热等技术因素将变得更加重要。
Rinebold：我从事这方面工作已经有大约30年了，所以我可以追溯到多芯片模块等最早的时代。当我们谈论生态系统时，今天有很多例子，我们看到HBM和逻辑在中介层级别相结合。如果您相信HBM是一个芯粒，那么这就是有效的，而这是一个完全不同的论点。有些人认为HBM属于这一类。真正的乐高积木、芯粒的组合和匹配的想法仍然是主流市场的渴望，但也有一些业务障碍需要解决。同样，一些单一供应商解决方案也有例外，它们或多或少是同质集成，或者是完全垂直集成类型的环境，其中单一供应商将自己的芯粒集成到一些非常令人印象深刻的封装中。
Posner：“Aspirational”是我们用来形容开放生态系统的词。我会有点沮丧地说我相信这是5到10年后的事情。是否可以？绝对地。但我们目前看到的最大问题是对于其真正含义存在巨大的知识差距。随着科技公司更多地了解这意味着什么，我们会发现采用速度将会有所加快。但在我们所说的“专属”范围内——在一家公司或一个微生态系统内——我们看到多芯片系统正在兴起。
SE：是否有可能从技术角度定义我们今天拥有的各个部分，使商业芯粒生态系统成为现实？
Rinebold：令人鼓舞的是标准的制定。我们已经提到了一些芯片间协议的UCIe。JEDEC等组织宣布将其JEP30 PartModel格式扩展到Chiplet生态系统中，以纳入Chiplet风格的数据。将此视为电子数据表。大部分工作已纳入开放计算下的CDX工作组。这令人鼓舞。早些时候有一些关于开放市场的评论。我同意我们可能还需要3到10年才能实现这一目标。底层框架和基础设施已经存在，但在看到任何类型的广泛采用之前，必须解决许多许可和分发问题。
Posner：基础设施是可用的。用于创建、封装、分析、模拟、制造的EDA工具——这些工具都在那里。围绕它的知识产权，无论是UCIe还是一些更传统的芯片间接口，都在那里。尚未建立实现互操作性的完整方法和流程。圈养内的一切都是可能的，但更广泛的生态系统、市场将需要芯片互操作性、模拟、封装等等。这是我们认为缺失但仍在建设的领域。
Schirrmeister：我们知道需要什么吗？我们或许可以很好地定义它。如果愿景是一个开放的生态系统，在芯粒上有IP，您可以像乐高积木一样将其拼凑在一起，那么IP行业会告诉我们需要什么，然后在它们之上存在一些差距。我听到来自硬编码IP世界的人们谈论相当于芯粒的PDK，但今天的IP生态系统和IP可交付成果告诉我们，它还不能像乐高积木一样工作。我们每年都在进步。但“我拿着我的白板，然后一切都神奇地一起发挥作用”并不是我们今天所拥有的。当您将其分解为芯粒和协议时，我们需要认真思考额外的挑战是什么。然后，您需要处理重大的系统性问题，例如如何处理芯粒之间的一致性？在芯片上完成它已经足够具有挑战性了。现在，您可能必须与您甚至不拥有的其他合作伙伴打交道。这不是开放生态系统中的圈养环境。这使得它非常具有挑战性，并且它创造了至少5到10年的工作保障。
Bhatnagar：在技术方面，进展顺利的是采用。我们可以看到像英特尔这样的大公司，当然还有像我们和新思科技这样的IP提供商。每个人都在努力实现芯粒集成的标准化，而且效果非常好。EDA工具也即将推出来支持这一点。但我们离市场还很远，因为还有很多问题没有解决，比如许可和其他一些需要更多时间的事情。
Slater：标准机构和网络团体让很多人兴奋不已，我们也迎来了众多客户。我在想，这是否只适用于非常高端的计算？从我在此类论坛上看到的公司来看，甚至有汽车或航空航天/国防领域的公司正在规划未来10年或更长时间的未来。以汽车为例，这家公司正在考虑创建用于内部消费的芯粒，因此可能会重新组织他们如何看待创建其产品的许多不同变体或演变，试图将其作为更模块化的芯粒类型的块来实现。“如果我们将微处理器作为其中的一部分，我们是否会将其作为芯粒对外出售，以供其他客户集成到更大的设计中？”对我来说，顿悟的时刻是看到它的应用范围有多么广泛。我确实认为标准工作进展非常快，而且效果非常好。例如，在Keysight EDA，我们刚刚发布了芯粒PHY设计器。它是对UCIe高速数字链路的模拟，只有通过发布标准才能实现，因此EDA公司可以查看它并了解他们需要用它做什么。EDA工具已经准备好处理此类事情。也许最后一点是，为了共享IP，为了确保其可用，数据库和流程管理将变得更加重要。您需要跟踪哪个芯片是在哪个流程中制造的，并能够在公司内部将其提供给该芯片的其他潜在用户。
SE：从商业角度来看，目前已经有了哪些进展，哪些还需要解决？
Karazuba：从商业角度来看，严格来说异构芯粒，我认为没有任何东西真正到位。让我通过问“谁负责保修？”来限定这一点。谁负责测试？过失谁负责？谁负责供应链？对于同质芯粒或单片硅，这是可以理解的，因为这就是该行业自诞生以来一直开展业务的方式。但是，当您谈论来自多个供应商、具有多个IP（可能还有不同的接口）、在多个晶圆厂制造、然后由第三方构建、由第三方组装、由第四方测试、然后发货的芯粒时，—出现问题时会发生什么？你把矛头指向谁？你去找谁谈话？如果某个特定的芯粒未按预期运行，则不一定是该芯粒有问题。它可能是另一个芯粒或集线器上的接口，无论它是什么。我们即将实现这一目标，但目前尚不清楚。目前尚不清楚谁将为此类事情负责，是多芯片模块制造商，还是购买者？我担心会回到Wintel问题，即芯片制造商指向操作系统制造商，操作系统制造商指向硬件制造商，操作系统制造商指向芯片制造商。对商业方面的理解是芯粒被采用的真正障碍。诚然，技术比商业困难得多，但我毫不怀疑工程师会比业务人员更快地实现这一目标。
Rinebold：我完全同意。有哪些影响、保修相关问题等？我还想更进一步。如果您现在观察一些较大的硅晶圆代工厂，就会发现对于将第三方晶圆放入其设施中以集成到某种类型的异构芯粒型封装中存在一些担忧。有许多业务和后勤问题必须首先解决。技术方面的事情很快就会发生。只是需要解决许多许可和分发类型的问题。我想要支持的另一件事涉及国防/工业领域的客户。IP的信任、可追溯性以及省级跟踪对他们来说至关重要，因为他们对多芯片或芯粒型封装作为单片扩展的替代方案抱有很大的期望。只要看看现在所有的政府计划，包括RESHAPE[安全异构先进封装电子的Reshore生态系统]和NGMM[下一代微电子制造]等。他们都从这个芯粒的角度来看，但他们将需要大量的安全措施来了解谁接触了IP，它来自哪里，以及如何验证它。
Posner：由于所有这些挑战，微生态系统正在形成。如果您天真地认为您可以从货架上挑选一个芯片并将其放入您的设备中，您如何保证这一点？谁拥有它？这些微生态系统的建立是为了从根本上解决这个问题。因此，在几个不同的公司内，无论是汽车公司还是高性能计算公司，他们都会达成所有公司都可以接受的条款。这些微生态系统最终将真正推动开放式芯粒的发展，我认为这将是一种有机的增长。如今，芯粒可用于特定应用，但我们的愿景是其他人也可以使用它，并且我们看到芯片中内置了多种模式。一种模式是，‘我正在与自己连接。这是一个非常紧密、低延迟的链接。”但我未来的愿景是，我需要一个更加开放的接口或协议，并使用标准的可用堆栈，并且可以现成购买并集成。这是logistics的一方面。我还想提两件事。可以跨节点进行互操作。我们展示了TSMC N3 UCIe与英特尔内部的UCIe，所有这些都集成在英特尔工艺上。这是两家独立的公司合作，展示了第一个物理互操作性，所以这是可能的。但展望未来，这仍然只是整体努力的一小部分。在IP领域，我们一直遵循“构建一次，销售多次”的IP模型。对于芯粒市场，除非该芯粒有收入来源，否则就会打破这种模式。公司认为，“我只需购买一次IP，然后就可以出售我的芯片。”但建设这一切所需的基础设施和资源并没有消失。隧道尽头必须有资金才能让所有这些不同的公司进行投资。
Schirrmeister：Mick是100%正确的，但我们可能对“开放”chiplet生态系统的真正含义存在定义问题。当我与合作伙伴和客户交谈时，我有两个不同的对话。一方面，电路板设计师正在做越来越多的集成，他们满脸皱纹地看着你说，‘我们已经这样做很多年了。你在说什么？'它可能不是所有产品的经典意义上的3D-IC，但他们说，“是的，保修存在问题，用户会解决的。”董事会人员从等式的一边开始研究芯粒，因为这是集成的下一个发展。你需要非常有效率。这不是我们所说的开放式芯粒生态系统。这个想法是，你拥有这个市场来混合各种东西，并且通过将相同的芯粒出售给多人来获得规模经济。这确实是芯片设计者正在考虑的问题，其中一些人甚至想得更远，因为如果你以真正的3D-IC方式完成这一切，那么你实际上必须以某种方式共同设计这些芯粒，这是一个完全不同的维度这需要解决。稍微挑选一下拥有内部电路板和芯片设计团队的大公司，你甚至可以在这些公司的信息中看到这一点。你有来自董事会的人，对他们来说这不是一个已解决的问题。这始终充满挑战，但他们将把它提升到一个新的水平。芯片人员正在从一个接口的角度来看待这个问题，例如PCI Express，现在是UCIe。然后我想到了这一点，因为片上网络需要成为跨芯粒的超级NoC，这本身就带来了挑战。这一切都需要共同努力。但这些实际上是为了融入Chiplet生态系统而设计的Chiplet。为此，Mick对超过五年的估计可能是正确的，因为那些专门构建的芯粒，为了处于开放的生态系统中，面临着董事会成员已经处理了相当长一段时间的所有这些挑战。他们现在所做的集成量“只是变得越来越小”。
Slater：当您将所有这些芯粒放在一起并开始进行集成时，您会按照什么顺序开始放置组件？您不想因为其中一个较小的较便宜的芯粒出现问题而丢弃一个非常昂贵的芯粒。因此，现在有很多关于如何首先对各个芯粒进行几乎类似的单元测试的想法，但随后您希望在进行过程中进行某种形式的系统测试。这绝对是我们需要思考的事情。在业务方面，谁会对购买芯粒式解决方案最感兴趣。这取决于你是否有良率问题。如果您的芯片尺寸达到了您担心良率的程度，那么考虑使用芯粒并将其分解成更小的部分绝对是有意义的。并不是所有的东西都可以扩展，所以当你可以在不同的工艺节点购买风险较小、制造成本较低的东西，然后将它们放在一起时，为什么要转向最低的工艺节点呢？迄今为止取得成功的公司——英特尔、AMD等大公司——已经被推向了这一边缘。芯片的尺寸无法安装在掩模版上。我们会考虑有多少家公司属于这一类别，这将影响他们的成本和风险是否值得。
Bhatnagar：从商业角度来看，真正重要的是标准化。Chiplet的内部很好，但它如何影响周围的其他Chiplet很重要。我们希望能够制作一些东西并出售它的许多副本。但如果没有标准化，那么我们要么是在赌博，只追求一种东西并假设每个人都转向它，要么我们为同一件事制作多个版本，这会增加额外的成本。为了真正证明任何芯粒或任何类型的芯粒IP的业务案例的合理性，标准化对于系统的电气互连、封装和所有其他方面至关重要。
