Kiibi planeerimine läheb hoogsalt käima

Taasavaldanud Platon

järgijaid: 0

Kiibid hakkavad mõjutama kiibi disaini, kuigi need ei ole veel levinud ja seda tüüpi kõva IP jaoks pole kaubanduslikku turgu.

Käimas on arutelud räni elutsükli haldamise, nende seadmete iseloomustamise ja ühendamise parima viisi üle ning selle üle, kuidas tulla toime selliste probleemidega nagu ebaühtlane vananemine ja termiline ebakõla. Lisaks tehakse suuri jõupingutusi jälgitavuse parandamiseks chiplets aja jooksul on see eriti oluline, kuna neid seadmeid kasutatakse ohutus- ja missioonikriitilistes rakendustes.

Kõik need probleemid tuleb lahendada, et võimaldada laialdast kasutuselevõttu, ja kiibitööstus on tunnistanud, et Moore'i seaduse aeglustumine koos fikseeritud võre suurustega nõuab muudatusi kiipide projekteerimisel, valmistamisel ja pakendamisel. Füüsiliselt on võimatu mahutada kõiki paljude rakenduste jaoks vajalikke funktsioone ühte SoC-sse ja praegu on eesmärk luua korrapärane, prognoositav ja korratav lähenemisviis paljude nende komponentide jaotamiseks. Teoreetiliselt võimaldab see seadmeid hõlpsamini kohandada, kiirendab turuletulekut ja väldib seda mittevajavate komponentide (nt analoogfunktsioonid) kallist skaleerimist.

Selle eesmärgi saavutamiseks on siiski vaja lahendada mõned keerulised ja keerulised küsimused. Esiteks nõuab see palju paremat jälgitavust, jälgimist ja pakendisse kuuluvate asjade analüüsi. Kuigi mitme kiibi pakendisse panemise kontseptsioon pärineb 1990ndatest aastatest mitme kiibiga moodulid, kiibiste puhul on stantsid tavaliselt väiksemad ja õhemad ning nende iseloomustamise, testimise ja jälgimise dünaamika on oluliselt muutunud.

"Ajalooliselt oleme nimetanud neid mitmekiibilisteks mooduliteks, mis on tänapäeval traadita ühenduses väga populaarsed," ütles Nilesh Kamdar, raadiosagedus-/mikrolaineportfelli juht. Klaviatuur. „Võtate kätte mis tahes nutitelefoni ja nutitelefoni juhtmevaba osa on esiosa moodul, mis on kokku surutud 20–30 kiipi väikesel, küünest väiksemal ruumil. Seda on tööstuses juhtunud vähemalt kümme aastat, kui mitte kauem. Sellist integratsiooni on nõudnud ka mitmed kosmose- ja muud kõrgsagedusprobleemid, nii et oleme seda varem teinud.

Joonis 1. Multi-chip RF-mooduli paigutus, mis on näidatud Keysighti PathWave ADS-is. Allikas: Keysight

Joonis 1. Multi-chip RF-mooduli paigutus, mis on näidatud Keysighti PathWave ADS-is. Allikas: Keysight

Praegu käimasolev suur nihe hõlmab selle lähenemisviisi palju laiemat rakendust, samuti kiibikujunduse täiustusi ja standardseid viise kiibiste enda sees toimuva ühendamiseks, testimiseks ja mõõtmiseks, samuti neid ümbritsevat täiustatud paketti.

"Autotööstus on suurepärane näide sellest, mis muutub," ütles Kamdar. „Hiljutisel konverentsil rääkis suure originaalseadmete tootja asepresident, et andmekeskust ei saa võtta ja seda auto tagaistmele panna, sest just seda on tänapäeval vaja autonoomse sõiduki jaoks. Kui teete rohkem integreerimist - ja kui panete tahvli kuidagi kaduma ja kõik kokku surutakse -, võib-olla saame vertikaalselt pigistada selle auto tagaistmele. Sarnaseid kasutusjuhtumeid on palju. Füüsilisi andmekeskusi silmas pidades võib kiipide võimsusvajadus olla väiksem. Kasu on palju ja see on see, mis tänapäeval kiibistikke juhib.

Need muudatused on aga petlikult keerulised ja võib-olla tuleb tööstusel selles osas kooli tagasi minna. "Kiibiste mastaapne ehitamine on nii erinev mudel, et me kõik peame oma oskused ümber hindama," ütles ta. „Peame ümber hindama, kuidas organisatsioonid on loodud ja kuidas arhitektuur toimub. Peame süsteemi kujundaja rolli ümber hindama. Nad võisid asju teistmoodi vaadata ja võisid öelda: "Ma olen süsteemidisainer. Ma kujundan süsteemide spetsifikatsioonid. Jagan selle väiksemateks komponentideks, üksikuteks IC-deks ja levitan spetsifikatsioonid. Kõnnin minema ja tulen kuus kuud hiljem tagasi ning vaatan, kuidas kõigil läks. Võib-olla pole see isegi võimalik. Võib-olla on mitu süsteemidisainerit, kes peavad ahelas üles ja alla eksisteerima. Sellised vestlused peavad toimuma. Tööstuse suurimate tegijate sees need vestlused juba toimuvad, kuid mitte igal pool.

Võimalike interaktsioonide arv mitme kiibi kujunduse kontekstis on märkimisväärne ja paljudel juhtudel disainispetsiifiline. "Kui usute mitmesse vormi, kui usute kiibidesse, peate uskuma, et see ainult süvendab kogu [disaini ja integreerimise] probleemi," ütles Shekhar Kapoor, ettevõtte tootesarja juhtimise vanemdirektor. Kokkuvõte EDA Group. "Chipletid tulevad paljudest kohtadest ja paljudest allikatest. Valikuvõimalusi on palju, igaühe jaoks on palju võimalusi. Suurim probleem on selle kõige praegune kasutus. Suured ettevõtted teevad seda eritellimusel ja kohandatud viisil. Aga kui lähete standardiseerimisega laiaulatuslikuks, siis kuidas teate, et saabuv kiibistik mahub keskkonda, tootesse, mida proovite ehitada?

Vaatamata keskendumisele sellistele standarditele nagu UCIe ja Bunch of Wires, on üksikute kiibikeste iseloomustamises süsteemi kontekstis siiski nüansse. „Kuidas sa selle profiili tegelikult tead? Seal tuleb pildile veelgi rohkem jälgimist, mis on peaaegu nagu allkiri,” rääkis Kapoor. "Saate seda lugeda ja saate teada, kas see sobib teie keskkonda ideaalselt. Arvestades, et tööstus liigub suurema kiibistiku võimaldamise poole, on see põhiline kaalutlus. Tekib rohkem nõudeid, tekib rohkem standardeid, siis on näha, kas miski sobib või mitte.

Ületada tuleb ka teisi väljakutseid.

"Kiibiste puhul on kõik kiired signaalid pakendis, seega on jälgitavus palju keerulisem," ütles UCIe tootesarja turundusjuht Sue Hung Fung. Cadence. "Seda saab teha lingi vigade kontrollimise, silmade skaneerimise, BiST-i jne abil, et jõuda teadaolevalt hea stantsi (KGD) juurde. Kõik katsemeetodid on selle ümber üles ehitatud. Lisaks oleks väärtuslik heade monitoride omamine lingi tervise jaoks ning erinevatelt müüjatelt on uusi ja erinevaid ettepanekuid.

Võti on jälgida signaali kvaliteeti paketi ülejäänud komponentide kontekstis, mis muutub keerulisemaks, kuna rohkem funktsioone jaotatakse kiibideks.

„Kas me saame andmeedastuse ajal jälgida nende signaale ja kvaliteeti? Koolitustehnikad tehakse enne missioonirežiimi, et parandada andmeedastuse tugevust, " märkis Hung Fung. "Ümberõpe ei ole soovitav, kuna see võib põhjustada andmete katkestusi. Peame suutma pidevalt jälgida ja aru anda igast sõiduradast ning tuvastada kõik sündmused, mis võivad põhjustada rikke, enne tõrke tekkimist. Süsteemi tõrgete ennetamine ja nende tõrgete parandamine hõlmab liiast radade ümberkaardistamist või muid parandusmeetodeid, et tuvastada vähesel määral rikkeid. Nende sisemiste kiibisignaalide väljaõpe ja pidev jälgimine on väljakutseks lingi käitumise analüüsimisel.

UCIe töörühmad soovivad ühtlustada seda vaadeldavust, et luua avatud lingi ökosüsteem. Kuid vaadeldavuse ja jälgimise lisamine võib vertikaalse segmendi lõikes samuti oluliselt erineda.

Synopsys EDA Groupi tootesarja haldamise direktor Randy Fish selgitas, et kuna puudub standardne lähenemine ja jälgitavuslahenduste tarnijaid on vähe, on peaaegu kõik lahendused valmistatud eritellimusel. "Kui sa lähed mõnda juhtivatest poolfinaalidest, siis nad teevad midagi," ütles ta. "Küsimus on selles, kas mitme stantsi ümber on funktsioone, mis sunnivad meid standardiseerima, et omada jälgimiseks ja silumiseks ühtset või sidusat infrastruktuuri – põhiliselt selleks, et näha, mis toimub, eriti kui saate mitmelt tarnijalt mitu stantsi. Mõned mitmest matriitsist koosnevad lahendused lähevad autotööstusesse ja seal hoolivad nad sellistest asjadest nagu vananemine ja nende stantsidega toimuv. Ja nagu me teame, on need täiustatud sõlmed. See ei ole nii, et teil on kuus küpset 6 aastat vana tehnoloogiat. Need on arenenud sõlmed, millel pole pikka ajalugu. Sel põhjusel on mitmed tegurid, mis sunnivad seda juhtuma.

Chipletid tutvustavad ka huvitavaid kontraste. Keysighti Kamdar märkis, et hiljutise tegevjuhi paneeli ajal ütles üks paneeli liikmetest, et kiibil on ainulaadne dihhotoomia. "Ühest küljest võib iga kiip olla iseseisev IP, mille saate hankida IP-müüjalt ja integreerida selle suhteliselt lihtsalt oma süsteemi suhteliselt madalate kuludega. Kuid kogu hunnik, mida proovite luua, sunnib teid ootamatult kõike teadma. Varem oleks võinud lihtsalt öelda: "Mul on vaja kuut asja. Ostan riiulilt viis IP-müüjalt ja nad mõtlevad välja, mida see vajab. Ma keskendun ühele. Kuid nüüd ei pruugi see teil õnnestuda. Võib-olla peate tegelikult teadma, kuidas teha kõiki kuut, ja välja mõelda, kuidas see kõik juhtub, kuna probleemi keerukus just kasvas. See võib sundida tööstust esialgu lubama ainult suurtel osalejatel sellest aru saada. Väiksematel müüjatel võib selles keskkonnas edu saavutamiseks kuluda palju rohkem aega.

Sellegipoolest kulub kiibi integreerimise ja kasutuselevõtu kiirendamiseks rohkem kui üks ettevõte.

"Keysight osales TSMC sümpoosionil, mis on avalikum üritus, ja selle järel toimus töötuba ainult 3D Fabric Alliance'i kuuluvate partneritega," ütles Kamdar. „TSMC alustas ja lõpetas terve päeva, rääkides sellest, kuidas me kõik peame selle nimel koostööd tegema, mida ka teised osalejad, sealhulgas AMD ja Qualcomm, kordasid. Mõlema ettevõtte esinejad ütlesid, et ükski EDA ettevõte ei tea, kuidas kiibiprobleemi üksi lahendada. Kogu tööstus peab koostööd tegema.

Tehnilised väljakutsed
Teine oluline mure kiibidega on soojuse hajumine. See on osa iseloomustusest, kuid see sõltub suuresti ka kasutusjuhtudest, pakendivalikutest ja üldisest süsteemipaketisisesest arhitektuurist.

"Kiiplettide puhul on disaini marginaalsus optimaalse PPA (sihib agressiivset pj/bitti ja rannaäärset tihedust) korral väike, mis on chiplet PHY kujundamisel ülioluline," ütles Cadence'i IP Groupi tooteturunduse asepresident Rishi Chugh. "Usaldusväärsus on võtmetähtsusega, nagu ka jälgitavus KGD läbivaatamiseks ja ärilise edu saavutamiseks. Andmete terviklikkuse skeemid, nagu CRC (tsükliline liiasuskontroll), silmade skaneerimine, BiST ja seireahelad, on konstruktsioonis rakendatud töökindluse tagamiseks ning andmeliini vastupidavuse tagamiseks peab disain olema ülevarustatud rikkemehhanismidega.

Terve UCIe protokolli peatükk on pühendatud UCIe protokolliga seotud lähtestamisele ja koolitusele, mis hõlmab protokolli vaadeldavuse aspekti, lisas Chugh.

Lisaks arutletakse selle üle, kas vaadeldavuse süsteemi lisamise tegelikud põhialused on kõige raskem osa või on nende mõistete ümber mõtlemise muutmine keerulisem.

"See pole tegelikult nii keeruline vastupidiselt teistele asjadele, sest see on "lihtsalt" teine plokk, millega ühendada. Seal on vaatlus ja meil on võimalused asjade jälgimiseks,” ütles Frank Schirrmeister, ettevõtte lahenduste ja äriarenduse asepresident. Arteris IP. „Kasutajad juba nõuavad selliseid asju nagu registrite vaatamine tarkvara vaatenurgast. Nüüd on väljakutse teha need registrid NoC-s kättesaadavaks. NoC vaatenurgast on olemas protokollid ise, nagu CHI, ACE, AMBA, OCP või teised, ja need on keele mehhanismid - kuidas nad räägivad ja kuidas nad suhtlevad. Keerulisemate protokollidega NoC-s toimuvad asjad mitme tsükli jooksul, nii et peate vastuseid ootama, paned asjad valmis.

See on sarnane spekulatiivse täitmisega protsessorites. "Me räägime nendest krediitidest, näiteks sellest, kui kaua ma pean vastust ootama ja nii edasi," selgitas Schirrmeister. "Need on kõik protokollide osad. NoC-s peate mõistma selliseid probleeme nagu puhvrite sügavus? Millal ma tegelikult andmeid ootan? See on osaliselt jõudlus. Seejärel saate vaadeldavuse huvides andmetega ühenduse luua ja andurid võivad kasutada oma võrku olenevalt sellest, kuidas soovite seda konfigureerida. Kiibisiseste monitoride puhul tuleb otsustada, kas panna see näiteks spetsiaalsele jälgitavussiinile. Alati arutatakse, kui palju mul tegelikult silumist on? Lõppkokkuvõttes on see "lihtsalt" nende komponentide järjekordne ühendus ja peate otsustama, kuidas see kiibist välja eksportida ja nii edasi. Kui palju te kiibil talletate, on küsimus selles, kui palju räni kinnisvara olen selleks nõus kulutama?

See muutub eriti oluliseks chiplettide kokkuõmblemisel. "Kuidas tagada, et mul on piisavalt ruumi selle arvutusliku üksuse jaoks, mis näeb välja nagu andmed ja mis tegelikult ei lisa vahetule funktsioonile väärtust?" küsib Picocomi peaarhitekt Gajinder Panesar. "Samuti ei pruugi ma olla seireekspert, kuid tean, et vajan seda. Nii et ma vajan midagi, mis ütleb: "Vajutage lihtsalt seda nuppu." Teil on keskkond, meie tegeleme projekteerimisega ja "see" juhtub. Ideaalis peaksime jälgima protsessori jõudlust ja seejärel dünaamiliselt häälestama tuuma teatud aspekte parema jõudluse saavutamiseks.

Üks osa, mida veel välja tuleb arendada, on seadmete dünaamiline juhtimine ja seadmete eluea jooksul tehtavad kohandused.

"Ütleme, et meil on kõik võimalused kõike ette modelleerida," ütles Tessenti grupi tooteturunduse direktor Lee Harrison. Tarkvara Siemens Digital Industries. "Meil on süsteemisiseseks toimimiseks sisseehitatud kõik monitorid, kuid see sulgeb selle ahela. Uuemate geomeetriate puhul tuleb veel üsna palju õppida, et tõeliselt optimeerida, kuidas saaksime seadme erinevaid parameetreid selle töökindluse suurendamiseks kohandada. Tükk, mis sulgeb selle elusisese süsteemi silmuse, on see, kus on tohutult väärtust. Siiski on veel tööd teha.

Vastutusrollide muutmine
Kaubanduslikud kiibid lisavad veel ühe keerulise probleemi, milleks on see, kes vastutab, kui midagi ootamatut täheldatakse või läheb valesti.

"Kui ma olen kiibitootja, teen ma kiibi ja võib-olla läheb see läbi OSAT testimiseks,” ütles ettevõtte turunduse asepresident Paul Karazuba Expedera. „Võin kasutada ASE-d pakendimajana, kuid müün seda oma nime ja garantiiga. See läheb huvitavaks, kui meil on chiplets. Kõigil meie kiibikke puudutavatel kohtumistel tõstatatakse alati küsimus, kes mille eest vastutab. Oletame, et kavatsesin teha tehisintellekti kiibi ja müün kuue teise ettevõtte kiibiga süsteemi ja paketti. Milline firma annab garantii? Milline firma hakkab sellele teenust osutama? Praegu puudub tõeline konsensus."

Tööidee on see, et vastutab ettevõte, kelle nimi on pakendi välisküljel, ütles Karazuba. "Tõenäoliselt on see ettevõte, kellel on lõplik vastutus oma klientidele pakutava teenuse eest, kuid see toob kaasa veel ühe teenusekihi, mida kiibitootjad peavad pakkuma, ja see saab olema huvitav. Karta on umbes 2000. aasta Inteli-Microsofti-Delli kolmnurk, kus kõik näitavad üksteisele näpuga. See on praegu selles valdkonnas ütlemata hirm.

Ja võib-olla pole see ükski chipletidest. Mis juhtub, kui substraat või füüsiline ühendus on defektne?

"Testimise seisukohast võib kiibist täiesti hästi testida," ütles Karazuba. „Kuid kui tekib füüsiline ühendamise probleem, kuidas mõistab kiibitootja seda võrreldes mitmekiibiliste moodulite valmistajaga? See saab olema huvitav. Ainus viis nende probleemide lahendamiseks on katse-eksituse meetod. Pooljuhtide tootjatena saame kavandada nii palju juriidilisi lepinguid, kui tahame, kuid oleme siin kaardistamata vetes ja asju tuleb kohandada. Tugimudeleid tuleb kohandada, et kajastada uut reaalsust, mille kohaselt monoliitne räni ei ole pooljuhtide müügi peamine vahend.

Synopsys' Kapoor on juba näinud peegeldusi ökosüsteemis. "Ökosüsteeme on alati olnud, kuid teie aktiivne ökosüsteem olenemata sellest, kus te asute, oli võib-olla järgmine ring selle ümber. Kui tegelete projekteerimisega, peaksite muretsema ainult valukoja projekteerimisreeglite ja projekteerimisreeglite käsiraamatu pärast. See muutub, kui räägite kiibidest. Isegi disainiga mõtlete nüüd testimisele veelgi rohkem kui kunagi varem. Sa räägid Advantest ja Teradüün. Kuigi olete lihtsalt disainer, peate välja mõtlema, mida peate ATPG vaatepunktist sisse panema ja kuidas seda testitakse. Asjaomase ökosüsteemi suurus suureneb.

Siiski ei jää tööstusel muud üle, kui need probleemid lahendada. "Oleme rääkinud kiibiturust. Saate stantsi välja tõmmata ja valmis panna. Oleme sellest veel kaugel, kuid sammud on muutumas selgemaks selle kohta, mida peame saavutama. Ühenduvus on põhiline. UCIe standardid on kohustuslikud ning sellega kaasnevad protokollid ja ühenduvuse reeglid, mille peate kehtestama. Järgmiseks oleksid väga selgelt määratletud mudelid. Väljakutseid, millest me räägime, mõjutavad eelkõige termid ja võimsus. Mõned standardid on selle ümber juba olemas ja me läheme ühenduvusest iseloomustatud mudelile, et saaksime seda usaldusväärsemalt kasutada. Siis on meil vaja mingisugust allkirja, mis on see, kus me näeme testitavuse vaatenurgast eluiga ja seda, kuidas kõik surevad erinevalt muutuvad.

Selle kõige sisendid tulevad kiibi- ja süsteemimonitoritelt, mis peavad samuti põhinema standarditel.