Το Chiplet Adoption θα μιμηθεί την υιοθέτηση IP; - Semiwiki

Αναδημοσίευση από τον Πλάτωνα

Ακολουθούν: 0

Αν δούμε την επέκταση της βιομηχανίας ημιαγωγών τα τελευταία 25 χρόνια, η υιοθέτηση της IP σχεδίασης σε κάθε εφαρμογή φαίνεται να είναι ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες επιτυχίας, με απίστευτη ανάπτυξη τεχνολογίας πυριτίου με συντελεστή x100, από 250nm το 2018 σε 3nm (εάν όχι 2nm) το 2023. Προβλέπουμε ότι η μετάβαση στην αρχιτεκτονική βασισμένη σε chiplet θα παίξει σύντομα τον ίδιο ρόλο που έπαιξε η αρχιτεκτονική που βασίζεται σε τσιπ SoC και η μαζική χρήση της IP σχεδίασης τη δεκαετία του 2000.

Το ερώτημα είναι πώς να προβλέψετε με ακρίβεια το χρονοδιάγραμμα υιοθέτησης των chiplet και ποιοι θα είναι οι βασικοί παράγοντες για αυτήν την επανάσταση. Θα δούμε αν η διάχυση της θεωρίας της καινοτομίας μπορεί να είναι χρήσιμη για να τελειοποιήσουμε μια πρόβλεψη, να καθορίσουμε ποιος τύπος εφαρμογής θα είναι ο οδηγός. Οι τυπικές προδιαγραφές πρωτοκόλλου διασύνδεσης chip-to-chip που επιτρέπουν τη γρήγορη υιοθέτηση από τη βιομηχανία, η γρήγορη οδήγηση εφαρμογών όπως το IA ή ο επεξεργαστής εφαρμογών smartphone φαίνεται να είναι ο κορυφαίος παράγοντας, αλλά η αποτελεσματικότητα των εργαλείων EDA ή η συσκευασία νέων τεχνολογιών και η αποκλειστική δημιουργία fab, μεταξύ άλλων, είναι σίγουρα βασικά.

Εισαγωγή: εμφάνιση της τεχνολογίας chiplet

Κατά τη δεκαετία του 2010, τα οφέλη του νόμου του Μουρ άρχισαν να καταρρέουν. Ο νόμος του Moore έλεγε ότι η πυκνότητα των τρανζίστορ διπλασιαζόταν κάθε δύο χρόνια, το κόστος υπολογισμού θα συρρικνωθεί κατά ένα αντίστοιχο 50%. Η αλλαγή στο νόμο του Moore οφείλεται στην αυξημένη σχεδιαστική πολυπλοκότητα της εξέλιξης της δομής του τρανζίστορ από επίπεδες συσκευές, σε Finfets. Τα Finfets χρειάζονται πολλαπλά σχέδια για τη λιθογραφία για να επιτύχουν διαστάσεις συσκευών κάτω από κόμβους 20 nm.

Στο τέλος αυτής της δεκαετίας, οι υπολογιστικές ανάγκες έχουν εκραγεί, κυρίως λόγω του πολλαπλασιασμού των κέντρων δεδομένων και λόγω του όγκου των δεδομένων που παράγονται και επεξεργάζονται. Στην πραγματικότητα, η υιοθέτηση της Τεχνητής Νοημοσύνης (AI) και τεχνικών όπως η Μηχανική Μάθηση (ML) χρησιμοποιούνται πλέον για την επεξεργασία συνεχώς αυξανόμενων δεδομένων και έχει οδηγήσει σε διακομιστές να αυξάνουν σημαντικά την υπολογιστική τους χωρητικότητα. Οι διακομιστές έχουν προσθέσει πολλούς περισσότερους πυρήνες CPU, έχουν ενσωματώσει μεγαλύτερες GPU που χρησιμοποιούνται αποκλειστικά για ML, δεν χρησιμοποιούνται πλέον για γραφικά και έχουν ενσωματώσει προσαρμοσμένους επιταχυντές ASIC AI ή συμπληρωματική, βασισμένη σε FPGA επεξεργασία AI. Τα πρώτα σχέδια τσιπ τεχνητής νοημοσύνης εφαρμόστηκαν χρησιμοποιώντας μεγαλύτερα μονολιθικά SoC, μερικά από τα οποία έφτασαν το όριο μεγέθους που επιβάλλει το πλέγμα, περίπου 700 mm².

Σε αυτό το σημείο, ο διαχωρισμός σε ένα μικρότερο SoC συν διάφορα chiplet υπολογιστών και IO φαίνεται να είναι η σωστή λύση. Αρκετοί κατασκευαστές τσιπ, όπως η Intel, η AMD ή η Xilinx έχουν επιλέξει αυτήν την επιλογή για προϊόντα που βγαίνουν στην παραγωγή. Στην εξαιρετική λευκή βίβλο από τον Όμιλο Linley, «Τα Chiplets Gain Rapid Adoption: Why Big Chips Are Getting Small», αποδείχθηκε ότι αυτή η επιλογή οδηγεί σε καλύτερο κόστος σε σύγκριση με τα μονολιθικά SoC, λόγω του αντίκτυπου στην απόδοση των μεγαλύτερων. Αυτοί οι κατασκευαστές τσιπ έχουν σχεδιάσει ομοιογενή chiplet, αλλά η εμφάνιση και η υιοθέτηση προτύπων διασύνδεσης όπως το Universal Chiplet Interconnect Express (UCIe) IP διευκολύνει την υιοθέτηση ετερογενών chiplet.

Η εξέλιξη των νεότερων, ταχύτερων προτύπων πρωτοκόλλου επιταχύνεται καθώς η βιομηχανία συνεχίζει να ζητά υψηλότερες επιδόσεις. Δυστυχώς, τα διάφορα πρότυπα δεν συγχρονίζονται από έναν μόνο οργανισμό. Τα νέα πρότυπα PCIe μπορούν να έρθουν ένα χρόνο (ή περισσότερο) νωρίτερα ή αργότερα από το νέο πρότυπο πρωτοκόλλου Ethernet. Η χρήση ετερογενούς ενοποίησης επιτρέπει στους παρόχους πυριτίου να προσαρμοστούν στην ταχέως μεταβαλλόμενη αγορά αλλάζοντας μόνο τη σχεδίαση του σχετικού chiplet. Λαμβάνοντας υπόψη ότι η κατασκευή προηγμένου σχεδιασμού SoC απαιτεί τεράστιες κεφαλαιουχικές δαπάνες για κόμβους διεργασίας 5nm, 4nm ή 3nm, ο αντίκτυπος των αρχιτεκτονικών chiplet είναι τεράστιος για την προώθηση της μελλοντικής καινοτομίας στον χώρο των ημιαγωγών.

Ο ετερογενής σχεδιασμός chiplet μας επιτρέπει να στοχεύουμε διαφορετικές εφαρμογές ή τμήματα της αγοράς τροποποιώντας ή προσθέτοντας μόνο τα σχετικά chiplet διατηρώντας το υπόλοιπο σύστημα αμετάβλητο. Νέες εξελίξεις θα μπορούσαν να κυκλοφορήσουν πιο γρήγορα στην αγορά, με σημαντικά χαμηλότερες επενδύσεις, καθώς ο επανασχεδιασμός θα επηρεάσει μόνο το υπόστρωμα της συσκευασίας που χρησιμοποιείται για τη στέγαση των chiplets. Για παράδειγμα, το υπολογιστικό chiplet μπορεί να επανασχεδιαστεί από TSMC 5nm σε TSMC 3nm για να ενσωματώσει μεγαλύτερη κρυφή μνήμη L1 ή CPU υψηλότερης απόδοσης ή αριθμό πυρήνων CPU, διατηρώντας ταυτόχρονα το υπόλοιπο σύστημα αμετάβλητο. Οι SerDes που ενσωματώνουν chiplet μπορούν να επανασχεδιαστούν για ταχύτερους ρυθμούς σε νέους κόμβους διεργασιών που προσφέρουν περισσότερο εύρος ζώνης IO για καλύτερη θέση στην αγορά.

Η χρήση ετερογενούς chiplet θα προσφέρει καλύτερο Time-to-Market (TTM) κατά την ενημέρωση του συστήματος, επαναχρησιμοποιώντας το τμήμα του συστήματος χωρίς αλλαγή εάν έχει σχεδιαστεί σε chiplet. Αυτός θα είναι επίσης ένας τρόπος για να ελαχιστοποιήσετε το κόστος όταν διατηρείτε κάποιο λειτουργικό chiplet σε λιγότερο προηγμένους κόμβους, φθηνότερο από τους πιο προηγμένους. Αλλά το κύριο ερώτημα είναι να προβλέψουμε πότε η τεχνολογία chiplet θα δημιουργήσει ένα σημαντικό τμήμα της αγοράς ημιαγωγών; Θα εξετάσουμε το ιστορικό υιοθέτησης IP καθώς το chiplet και το IP είναι παρόμοια, και τα δύο πρέπει να σπάσουν το σύνδρομο NIH για να επιτύχουν. Θα εξαγάγουμε τις κύριες αιτίες της υιοθέτησης των chiplet και θα δημιουργήσουμε μια πρόβλεψη, χρησιμοποιώντας τη θεωρία καινοτομίας και την καθορισμένη κατηγορία (Innovators, Early Adopters, κ.λπ. βλ. Εικόνα παρακάτω).

Εικόνα 1: Θεωρία Καινοτομίας (Υπενθύμιση)

Θα εξετάσουμε την υιοθέτηση IP CPU της ARM από το 1991 έως το 2018 και το ιστορικό υιοθέτησης IP από το 1995 έως το 2027 και θα ελέγξουμε πώς αυτό το ποσοστό υιοθέτησης συνάδει με τη Θεωρία Καινοτομίας.

Θα εξηγήσουμε γιατί θα ενισχυθεί η υιοθέτηση chiplet, εξετάζοντας τους λόγους που σχετίζονται με την τεχνολογία και το μάρκετινγκ:

Από SoC που βασίζεται σε IP έως σύστημα που βασίζεται σε chiplet
Διαλειτουργικότητα, χάρη στο προτιμώμενο πρότυπο πρωτοκόλλου διασύνδεσης chiplet
Εξήγηση γιατί η IP διεπαφής προηγμένης τεχνολογίας είναι το κλειδί για την υιοθέτηση Chiplet
Προκλήσεις που σχετίζονται με το σχεδιασμό προς επίλυση.
Τελευταίο αλλά εξίσου σημαντικό, επένδυση από χυτήριο

Τέλος, μπορούμε να δημιουργήσουμε μια δοκιμαστική πρόβλεψη υιοθέτησης chiplet, βασισμένη στη θεωρία της καινοτομίας. Απλώς για να αναφέρουμε, ο κλάδος μόλις κινήθηκε στη φάση των «Πρώτων υιοθέτησης», βλέποντας πολλούς προμηθευτές IP και chiplet που εξυπηρετούν HPC και AI.

Αν κατεβάσετε το λευκό χαρτί, θα απολαύσετε με όλο το κείμενο και πολλές εικόνες, μερικές από τις οποίες δημιουργήθηκαν αποκλειστικά για αυτό το έργο.

By Έρικ Εστέβ (PhD.) Αναλυτής, Ιδιοκτήτης IPnest

Η Alphawave υποστήριξε τη δημιουργία αυτής της λευκής βίβλου, αλλά οι απόψεις και η ανάλυση είναι του συγγραφέα. Το άρθρο μπορείτε να βρείτε εδώ:

https://awavesemi.com/resource/will-chiplet-adoption-to-mimic-ip-adoption/