يبدأ التخطيط لشريحة صغيرة بسرعة عالية

بدأت الشرائح الصغيرة في التأثير على تصميم الرقائق، على الرغم من أنها لم تصبح سائدة بعد ولا يوجد سوق تجاري لهذا النوع من IP المقوى.

هناك مناقشات مستمرة حول إدارة دورة حياة السيليكون، وأفضل طريقة لتوصيف هذه الأجهزة وتوصيلها، وكيفية التعامل مع مشكلات مثل التقادم غير المتساوي وعدم التطابق الحراري. وبالإضافة إلى ذلك، هناك جهود كبيرة جارية لتحسين إمكانية رصدها شرائح مع مرور الوقت، وهو أمر مهم بشكل خاص حيث يتم استخدام هذه الأجهزة في التطبيقات الحرجة للسلامة والمهام الحرجة.

ولا بد من حل كل هذه القضايا لتمكين التبني على نطاق واسع، وقد أدركت صناعة الرقائق أن تباطؤ قانون مور مقترناً بأحجام شبكية ثابتة سوف يتطلب تغييرات في كيفية تصميم الرقائق وتصنيعها وتعبئتها. من المستحيل فعليًا دمج جميع الوظائف المطلوبة للعديد من التطبيقات في شركة نفط واحدة واحدة، والهدف الآن هو اتباع نهج منظم ويمكن التنبؤ به وقابل للتكرار لتفكيك العديد من هذه المكونات. من الناحية النظرية، سيسمح هذا بتخصيص الأجهزة بسهولة أكبر، وتسريع وقت طرحها في السوق، وتجنب التوسع الباهظ في المكونات التي لا تتطلب ذلك، مثل الوظائف التناظرية.

لكن تحقيق هذا الهدف سيتطلب حل بعض القضايا المعقدة والشائكة. لسبب واحد، سوف يتطلب الأمر إمكانية مراقبة ورصد وتحليل أفضل بكثير لما يدخل في الحزمة. في حين أن مفهوم وضع شرائح متعددة في حزمة يعود تاريخه إلى التسعينيات وحدات متعددة الشرائح، مع الشرائح الصغيرة، تكون القوالب عادةً أصغر حجمًا وأرق، وقد تغيرت ديناميكيات كيفية توصيفها واختبارها ومراقبتها بشكل ملحوظ.

وقال نيليش كامدار، رئيس محفظة الترددات اللاسلكية/الميكروويف في شركة "لقد أطلقنا تاريخيًا اسم هذه الوحدات متعددة الرقائق، والتي تحظى بشعبية كبيرة في عالم الاتصالات اللاسلكية اليوم". كيسيت. "إنك تلتقط أي هاتف ذكي، والقطعة اللاسلكية من الهاتف الذكي عبارة عن وحدة أمامية مكونة من 20 إلى 30 شريحة تم ضغطها معًا في مساحة صغيرة أصغر من ظفر الإصبع. لقد حدث هذا في الصناعة منذ عقد من الزمان على الأقل، إن لم يكن أطول. كما أن العديد من مشاكل الطيران وغيرها من مشاكل الترددات العالية تطلبت هذا النوع من التكامل، لذلك قمنا بذلك في الماضي.

الشكل 1.  تخطيط وحدة التردد اللاسلكي متعدد الشرائح الموضح في إعلانات PathWave الخاصة بـ Keysight. المصدر: كيسايت

يتضمن التحول الكبير الجاري الآن تطبيقًا أوسع بكثير لهذا النهج، بالإضافة إلى تحسينات في تصميم الشرائح الصغيرة، وطرق قياسية للاتصال واختبار وقياس ما يحدث داخل الشرائح الصغيرة نفسها، بالإضافة إلى الحزمة المتقدمة التي تحيط بها.

قال كامدار: "السيارات هي مثال رائع على ما يتغير". "في مؤتمر عُقد مؤخرًا، تحدث نائب رئيس إحدى الشركات المصنعة الأصلية الكبرى عن عدم القدرة على أخذ مركز بيانات ووضعه في المقعد الخلفي للسيارة، لأن هذا هو ما يتطلبه الأمر للحصول على سيارة ذاتية القيادة اليوم. إذا قمت بمزيد من التكامل - وإذا جعلت اللوحة تختفي بطريقة ما، وتم ضغط كل شيء معًا - ربما يمكننا ضغط ذلك عموديًا في المقعد الخلفي للسيارة. هناك العديد من حالات الاستخدام المماثلة. قد تكون الحاجة إلى الطاقة للشرائح الصغيرة أقل إذا كنت تفكر في مراكز البيانات الفعلية. هناك الكثير من الفوائد، وهذا ما يدفع الشرائح الصغيرة اليوم.

ومع ذلك، فإن هذه التغييرات معقدة بشكل خادع، وقد تحتاج الصناعة إلى العودة إلى المدرسة في هذا الشأن. وقال: "إن بناء الشرائح الصغيرة على نطاق واسع هو نموذج مختلف، لذا نحتاج جميعًا إلى إعادة تقييم مهاراتنا". "نحن بحاجة إلى إعادة تقييم كيفية إنشاء المنظمات وكيفية حدوث الهندسة المعمارية. نحن بحاجة إلى إعادة تقييم دور مصمم النظام. ربما كانوا ينظرون إلى الأشياء بطريقة مختلفة، وربما كانوا يقولون: "أنا مصمم أنظمة". أقوم بتصميم المواصفات للأنظمة. أقوم بتقسيمها إلى مكونات ذات مستوى أصغر، ودوائر مرحلية فردية، وتوزيع المواصفات. أرحل وأعود بعد ستة أشهر وأرى كيف كان أداء الجميع. ربما لم يكن هذا ممكنًا حتى. ربما يكون هناك العديد من مصممي الأنظمة الذين يحتاجون إلى التواجد في أعلى وأسفل السلسلة. هذه هي أنواع المحادثات التي يجب أن تحدث. داخل أكبر اللاعبين في الصناعات، هذه المحادثات تجري بالفعل، ولكن ليس في كل مكان.

عدد التفاعلات المحتملة في سياق تصميم متعدد الشرائح كبير، وفي كثير من الحالات، خاص بالتصميم. قال شيكار كابور، المدير الأول لإدارة خط الإنتاج في شركة "إذا كنت تؤمن بالقوالب المتعددة، وإذا كنت تؤمن بالشرائح الصغيرة، فعليك أن تصدق أنها لن تؤدي إلا إلى تفاقم مشكلة [التصميم والتكامل] بأكملها". مجموعة سينوبسيس EDA. "ستأتي الشرائح الصغيرة من العديد من الأماكن والعديد من المصادر. سيكون هناك الكثير من الخيارات، والكثير من الخيارات للجميع. المشكلة الأكبر هي الاستخدامات الحالية حول كل هذا. تقوم الشركات الكبيرة بذلك بطريقة مخصصة ومخصصة. ولكن إذا توسعت في عملية التقييس، فكيف يمكنك معرفة أن الشريحة الصغيرة القادمة سوف تتناسب مع البيئة، في المنتج الذي تحاول بناءه؟

على الرغم من التركيز على معايير مثل UCIe وBunch of Wires، لا تزال هناك فروق دقيقة من حيث كيفية وصف الشرائح الفردية في سياق النظام. "كيف تعرف حقًا الملف التعريفي له؟ وقال كابور: "هذا هو المكان الذي ستظهر فيه المزيد من المراقبة في الصورة، وهو ما يشبه التوقيع تقريبًا". "يمكنك قراءتها ومعرفة ما إذا كانت مثالية لبيئتك. وبالنظر إلى أن الصناعة تتجه نحو المزيد من تمكين الشرائح، فسيكون هذا أحد الاعتبارات الأساسية. ستظهر المزيد من المتطلبات، وستظهر المزيد من المعايير، لذا يمكنك معرفة ما إذا كان شيء ما سيكون مناسبًا أم لا.

هناك تحديات أخرى يجب التغلب عليها أيضًا.

قال سو هونج فونج، مدير تسويق خط الإنتاج لشركة UCIe في شركة UCIe: "مع الشرائح الصغيرة، تكون جميع الإشارات عالية السرعة ضمن الحزمة، لذا فإن إمكانية المراقبة أكثر صعوبة بكثير". إيقاع. "يمكن القيام بذلك من خلال عمليات فحص أخطاء الارتباط، ومسح العين، وBiST، وما إلى ذلك، من أجل الوصول إلى قالب جيد معروف (KGD). تم تصميم جميع طرق الاختبار حول هذا الأمر. بالإضافة إلى ذلك، فإن وجود أجهزة مراقبة جيدة لسلامة الارتباط سيكون أمرًا ذا قيمة، وهناك مقترحات جديدة ومختلفة من بائعين مختلفين.

والمفتاح هو مراقبة جودة الإشارة في سياق بقية المكونات في الحزمة، الأمر الذي يصبح أكثر صعوبة مع تصنيف المزيد من الوظائف إلى شرائح صغيرة.

"هل يمكننا مراقبة الإشارات وجودتها أثناء نقل البيانات؟ وأشار هونغ فونغ إلى أن تقنيات التدريب تتم قبل وضع المهمة لتحسين قوة نقل البيانات. "إعادة التدريب غير مرغوب فيها لأنها قد تتسبب في انقطاع البيانات. نحن بحاجة إلى أن نكون قادرين على مراقبة كل حارة والإبلاغ عنها بشكل مستمر واكتشاف أي أحداث قد تسبب الفشل قبل حدوث الفشل. يتضمن منع فشل النظام وإصلاح تلك الأعطال إعادة تعيين الممرات الزائدة أو طرق الإصلاح الأخرى لاكتشاف الممرات الفاشلة بشكل هامشي. إن التدريب والمراقبة المستمرة لهذه الإشارات الصغيرة الداخلية هي التحديات التي تواجه تحليل سلوك الارتباط.

تتطلع مجموعات العمل الخاصة بـ UCIe إلى توحيد بعض قابلية المراقبة من أجل الحصول على نظام بيئي مفتوح للارتباط. لكن إضافة إمكانية المراقبة والمراقبة يمكن أن يختلف أيضًا بشكل كبير حسب القطاع الرأسي.

أوضح راندي فيش، مدير إدارة خط الإنتاج في مجموعة Synopsys EDA، أنه نظرًا لعدم وجود نهج قياسي وقلة الموردين التجاريين لحلول المراقبة، فقد تم تصميم جميع الحلول تقريبًا حسب الطلب. قال: "إذا وصلت إلى أي من الدور قبل النهائي، فإنهم يفعلون شيئًا ما". "السؤال هو، هل هناك وظائف تتعلق بالقوالب المتعددة ستجبرنا على توحيد المعايير للحصول على بنية تحتية متماسكة أو متماسكة للمراقبة وتصحيح الأخطاء - بشكل أساسي لمعرفة ما يحدث خاصة إذا كنت تحصل على قوالب متعددة من موردين متعددين. بعض الحلول متعددة القوالب تدخل في صناعة السيارات، وهناك يهتمون بأشياء مثل الشيخوخة وما يحدث لهذه القوالب. وكما نعلم، فهي عقد متقدمة. ليس الأمر كما لو أن لديك 6 قوالب من التقنيات الناضجة التي يبلغ عمرها 10 سنوات. هذه عقد متقدمة ليس لها تاريخ طويل. ولهذا السبب، هناك عدد من العوامل التي تدفع إلى حدوث ذلك".

تقدم Chiplets أيضًا بعض التناقضات المثيرة للاهتمام. وأشار كامدار من Keysight إلى أنه خلال لجنة الرؤساء التنفيذيين الأخيرة، قال أحد أعضاء اللجنة إن الشرائح الصغيرة لها انقسام فريد من نوعه. "من ناحية، يمكن أن تكون كل شريحة صغيرة عنوان IP مستقلًا يمكنك الحصول عليه من بائع IP ودمجه في نظامك بتكلفة منخفضة نسبيًا، وبسهولة نسبيًا. ومع ذلك، فإن المجموعة الكاملة التي تحاول بناءها تجبرك فجأة على معرفة كل شيء. في السابق، كان بإمكانك أن تقول فقط: "أحتاج إلى ستة أشياء". سأقوم بشراء خمسة منها من أحد بائعي IP وسيكتشفون ما يحتاج إليه. سأركز على واحدة منها. لكن الآن قد لا تنجح في القيام بذلك. قد تحتاج في الواقع إلى معرفة كيفية القيام بكل هذه الأمور الستة، ومعرفة كيفية حدوث كل ذلك نظرًا لتزايد تعقيد المشكلة. قد يجبر هذا الصناعة على السماح في البداية فقط للاعبين الكبار بمعرفة ذلك. قد يستغرق الأمر وقتًا أطول بكثير حتى يتمكن البائعون الصغار من تحقيق النجاح في هذه البيئة.

ومع ذلك، سيتطلب الأمر أكثر من شركة واحدة لتسريع عملية دمج الشرائح الصغيرة واعتمادها.

وقال كامدار: "حضرت Keysight ندوة TSMC، وهي حدث عام، وكمتابعة كانت هناك ورشة عمل مع الشركاء الذين يشكلون جزءًا من 3D Fabric Alliance فقط". "بدأت TSMC اليوم بأكمله وانتهت بالحديث عن كيفية حاجتنا جميعًا للعمل على هذا الأمر معًا، وهو ما ردده المشاركون الآخرون، بما في ذلك AMD وQualcomm. وقال المتحدثون من كلا الشركتين إنه لا توجد شركة واحدة من EDA تعرف كيفية حل مشكلة الشرائح الصغيرة بمفردها. الصناعة بأكملها يجب أن تعمل معًا."

التحديات الفنية
مصدر القلق الرئيسي الآخر بشأن الشرائح الصغيرة هو تبديد الحرارة. يعد هذا جزءًا من التوصيف، ولكنه يعتمد أيضًا بشكل كبير على حالات الاستخدام وخيارات التغليف والبنية الشاملة للنظام داخل الحزمة.

قال ريشي تشوغ، نائب رئيس تسويق المنتجات، IP Group في Cadence: "بالنسبة إلى هامشية الشرائح الصغيرة في التصميم، فهي ضئيلة نظرًا لـ PPA الأمثل (الذي يستهدف كثافة pj/bit القوية والكثافة على شاطئ البحر)، وهو أمر بالغ الأهمية عند تصميم شرائح PHYs". "إن الموثوقية أمر أساسي، وكذلك إمكانية المراقبة لفحص KGD، بالإضافة إلى تحقيق النجاح التشغيلي التجاري. يتم تنفيذ مخططات تكامل البيانات مثل CRC (فحص التكرار الدوري)، ومسح العين، وBiST، ودوائر المراقبة في التصميم من أجل المتانة، ويجب أن يكون التصميم مزودًا بشكل زائد بآليات الفشل لضمان مرونة خط البيانات.

وأضاف تشوغ أن هناك فصلًا كاملاً ضمن بروتوكول UCIe مخصص للتهيئة والتدريب المرتبط ببروتوكول UCIe، والذي يغطي جانب إمكانية الملاحظة في البروتوكول.

بالإضافة إلى ذلك، هناك جدل حول ما إذا كانت الأساسيات الفعلية لإضافة إمكانية الملاحظة إلى النظام هي الجزء الأصعب، أو ما إذا كان التغيير في التفكير حول هذه المفاهيم أكثر صعوبة.

"إن الأمر في الواقع ليس بهذا التعقيد على عكس الأشياء الأخرى لأنه مجرد كتلة أخرى يمكن الاتصال بها. وقال فرانك شيرميستر، نائب الرئيس للحلول وتطوير الأعمال في شركة "إن هناك مراقبة، ولدينا القدرة على تتبع الأشياء". أرتيريس إب. "يطلب المستخدمون بالفعل أشياء مثل النظر إلى السجلات من منظور برمجي. والآن يصبح التحدي هو جعل تلك السجلات متاحة في شهادة عدم الممانعة. من وجهة نظر NoC، هناك البروتوكولات نفسها مثل CHI، أو ACE، أو AMBA، أو OCP أو غيرها، وهذه هي آليات اللغة - كيف تتحدث وكيف تتفاعل. داخل NoC، مع البروتوكولات الأكثر تعقيدًا، هناك أشياء تحدث على مدار دورات متعددة، لذلك عليك انتظار الردود، ووضع الأمور في المسار الصحيح.

وهذا مشابه للتنفيذ التخميني في المعالجات. وأوضح شيرميستر: "نتحدث عن هذه الاعتمادات، مثل المدة التي يجب أن أنتظرها للرد وما إلى ذلك". "هذه كلها أجزاء من البروتوكولات. في NoC، تحتاج إلى فهم مشكلات مثل ما مدى عمق الحواجز المؤقتة؟ متى أنتظر فعليًا البيانات؟ إنه الأداء جزئيًا. بعد ذلك، من أجل إمكانية المراقبة، يمكنك الاتصال بالبيانات، وقد تستخدم أجهزة الاستشعار شبكتها الخاصة اعتمادًا على الطريقة التي تريد تكوينها بها. في حالة الشاشات الموجودة على الرقاقة، عليك أن تقرر ما إذا كنت تريد وضعها على ناقل مراقبة خاص، على سبيل المثال. هناك دائمًا نقاش حول مقدار التصحيح الذي أملكه بالفعل؟ وفي نهاية المطاف، فهو "مجرد" اتصال بيني آخر لهذه المكونات وعليك أن تقرر كيفية تصديره من الشريحة، وما إلى ذلك. ما المبلغ الذي تخزنه على الرقاقة هو سؤال حول مقدار عقارات السيليكون التي أنا على استعداد لإنفاقها من أجل ذلك؟

يصبح هذا مهمًا بشكل خاص عند خياطة الشرائح الصغيرة معًا. "كيف أتأكد من أن لدي مساحة كافية لهذا الكيان الحسابي الذي يشبه البيانات فقط، والذي لا يضيف في الواقع أي قيمة إلى الوظيفة المباشرة؟" يسأل جاجيندر بانيسار، كبير المهندسين المعماريين في بيكوكوم. "وأيضًا، قد لا أكون خبيرًا في المراقبة، لكنني أعلم أنني بحاجة إليه. لذلك أحتاج إلى شيء يقول: "فقط اضغط على هذا الزر". لديك بيئة، ونحن نقوم بالتصميم، و"هذا" يحدث. من الناحية المثالية، يجب علينا مراقبة سلوك أداء وحدة المعالجة المركزية ومن ثم ضبط جوانب معينة من النواة ديناميكيًا للحصول على أداء أفضل.

إحدى القطع التي لم يتم تطويرها بعد هي التحكم الديناميكي بالأجهزة، والتعديلات التي يمكن إجراؤها على مدى عمرها الافتراضي.

قال لي هاريسون، مدير تسويق المنتجات في مجموعة Tessent في شركة Tessent: "لنفترض أن لدينا القدرة الكاملة على تصميم كل شيء مقدمًا". برنامج سيمنز للصناعات الرقمية. "لقد قمنا بدمج جميع الشاشات للقيام بالجانب الداخلي من الأشياء، ولكنها تغلق هذه الحلقة. بالنسبة للهندسة الأحدث، لا يزال هناك قدر كبير من التعلم الذي يجب القيام به لتحسين كيفية تعديل المعلمات المختلفة للجهاز لتوسيع هذه الموثوقية. القطعة التي تغلق تلك الحلقة في نظام الحياة هي حيث يوجد قدر كبير من القيمة. ومع ذلك، لا يزال هناك عمل يتعين القيام به.

تغيير أدوار المسؤولية
تضيف الشرائح التجارية مسألة شائكة أخرى، وهي تحديد المسؤول عند ملاحظة شيء غير متوقع أو حدوث خطأ.

"إذا كنت صانعًا للرقائق، فأنا أصنع الرقائق وقد أخضع لعملية OSAT للاختبار،" قال بول كارازوبا، نائب رئيس التسويق في إكسبيديرا. "قد أستخدم ASE كمنزل للتغليف، لكنني أبيعه باسمي والضمان الخاص بي. سيصبح الأمر مثيرًا للاهتمام عندما يكون لدينا شرائح صغيرة. في كل لقاءاتنا المتعلقة بالشرائح الصغيرة، يُطرح السؤال دائمًا حول من سيكون مسؤولاً عن ماذا. لنفترض أنني كنت سأصنع شرائح صغيرة تعمل بالذكاء الاصطناعي وأبيعها في نظام وحزمة مع شرائح صغيرة من ست شركات أخرى. ما هي الشركة التي ستكون الضمان؟ ما هي الشركة التي ستقوم بالخدمة عليه؟ لا يوجد إجماع حقيقي في الوقت الحالي”.

وقال كارازوبا إن فكرة العمل هي أن الشركة التي يظهر اسمها على العبوة الخارجية ستكون مسؤولة. "من المحتمل أن تكون هذه الشركة هي التي تتحمل المسؤولية النهائية عن الخدمة لعملائها، ولكنها تقدم طبقة أخرى من الخدمة التي يحتاج صانعو الشرائح إلى تقديمها، وسيكون ذلك مثيرًا للاهتمام. الخوف هو أنه في حوالي عام 2000، مثلث Intel-Microsoft-Dell حيث يشير الجميع بأصابع الاتهام إلى بعضهم البعض. هذا خوف غير معلن في الصناعة في الوقت الحالي.

وربما لا تكون واحدة من الشرائح الصغيرة. ماذا يحدث إذا كانت الركيزة أو التوصيل البيني المادي معيبًا؟

وقال كارازوبا: "من وجهة نظر الاختبار، قد يتم اختبار الشريحة الصغيرة بشكل جيد تمامًا". "ولكن عندما تكون هناك مشكلة في الاتصال البيني المادي، كيف يمكن لصانع الشرائح أن يفهم ذلك مقابل صانع وحدات الرقائق المتعددة؟ سيكون الأمر مثيرًا للاهتمام. الطريقة الوحيدة لحل هذه المشكلات هي التجربة والخطأ. يمكننا تصميم العديد من العقود القانونية كما نريد كصانعين لأشباه الموصلات، لكننا في منطقة مجهولة هنا وسيتعين تعديل الأمور. سيتعين تعديل نماذج الدعم لتعكس الواقع الجديد المتمثل في عدم كون السيليكون المتجانس الوسيلة الأساسية لبيع أشباه الموصلات.

لقد شهد كابور من سينوبسيس بالفعل انعكاسات في النظام البيئي. "كانت هناك دائمًا أنظمة بيئية، ولكن النظام البيئي النشط الخاص بك أينما كنت ربما كان الدائرة التالية حوله. إذا كنت تقوم بالتصميم، فلن تهتم إلا بقواعد تصميم المسبك ودليل قواعد التصميم. هذا يتغير عندما تتحدث عن الشرائح الصغيرة. حتى مع التصميم، أنت الآن تفكر في الاختبار أكثر من أي وقت مضى. أنت تتحدث إلى ادفانتست و Teradyne. على الرغم من أنك مجرد مصمم، إلا أنه يتعين عليك معرفة ما تحتاج إلى وضعه من وجهة نظر ATPG وكيف سيتم اختباره. حجم النظام البيئي ذو الصلة آخذ في الازدياد.

ومع ذلك، ليس أمام الصناعة خيار سوى حل هذه المشكلات. "لقد تحدثنا عن سوق الشرائح الصغيرة. ستكون قادرًا على سحب القالب وتجهيزه. ما زلنا بعيدين عن ذلك، لكن الخطوات أصبحت أكثر وضوحًا بشأن ما يتعين علينا تحقيقه. الاتصال أمر أساسي. تعد معايير UCIe أمرًا ضروريًا، ومع ذلك تأتي البروتوكولات والقواعد من وجهة نظر الاتصال التي يتعين عليك إنشاؤها. التالي سيكون نماذج محددة بشكل واضح للغاية. تتأثر التحديات التي نتحدث عنها بالحرارة، على وجه الخصوص، والطاقة. توجد بالفعل بعض المعايير حول ذلك، وسننتقل من الاتصال إلى النموذج المميز، حتى نتمكن من استخدامه بشكل أكثر موثوقية. ثم سنحتاج إلى نوع من التوقيع، حيث يمكننا أن نرى من وجهة نظر قابلية الاختبار مدى الحياة وكيف ستتغير جميع الكائنات الحية بشكل مختلف.

ستأتي المدخلات في كل هذا من الرقائق وشاشات النظام، والتي يجب أيضًا أن تعتمد على المعايير.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• أفلاطونايستريم. ذكاء بيانات Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• سك المستقبل مع أدرين أشلي. الوصول هنا.
• شراء وبيع الأسهم في شركات ما قبل الاكتتاب مع PREIPO®. الوصول هنا.
• المصدر https://semiengineering.com/chiplet-planning-kicks-into-high-gear/