Chiplet Planlama Yüksek Vitese Geçiyor

Plato tarafından yeniden yayınlandı

İzleyiciler: 0

Chiplet'ler, henüz ana akım olmasalar ve bu tür güçlendirilmiş IP için ticari bir pazar mevcut olmasa da, çip tasarımını etkilemeye başlıyor.

Silikon yaşam döngüsü yönetimi, bu cihazları karakterize etmenin ve bağlamanın en iyi yolu ve düzensiz yaşlanma ve termal uyumsuzluk gibi sorunlarla nasıl başa çıkılacağı hakkında devam eden tartışmalar vardır. Ayrıca gözlemlenebilirliği artırmak için de büyük bir çaba sarf ediliyor. Chiplets Zamanla, bu cihazlar güvenlik açısından kritik ve görev açısından kritik uygulamalarda kullanıldığından bu özellikle önemli bir şeydir.

Yaygın bir şekilde benimsenmesini sağlamak için tüm bu sorunların çözülmesi gerekiyor ve çip endüstrisi, Moore Yasasının yavaşlaması ile sabit retikül boyutlarının bir araya gelmesinin, çiplerin tasarlanma, üretilme ve paketlenme biçiminde değişiklikler gerektireceğinin farkına varmıştır. Birçok uygulama için gereken tüm işlevleri tek bir SoC'ye sığdırmak fiziksel olarak imkansızdır ve artık amaç, bu bileşenlerin çoğunun ayrıştırılmasına yönelik düzenli, öngörülebilir ve tekrarlanabilir bir yaklaşımdır. Teorik olarak bu, cihazların daha kolay özelleştirilmesine, pazara sunma süresinin kısaltılmasına ve analog işlevler gibi gerektirmeyen bileşenlerin pahalı ölçeklendirilmesinin önlenmesine olanak tanıyacak.

Ancak bu hedefe ulaşmak bazı karmaşık ve çetrefilli sorunların çözülmesini gerektirecektir. Öncelikle, bir pakete neyin dahil olduğuna dair çok daha iyi gözlemlenebilirlik, izleme ve analiz yapılması gerekecek. Birden fazla çipin bir pakete konulması kavramı 1990’lı yıllara dayanırken çoklu çip modülleriChiplet'lerde kalıplar genellikle daha küçük ve daha incedir ve bunların nasıl karakterize edileceğine, test edileceğine ve gözlemleneceğine ilişkin dinamikler önemli ölçüde değişmiştir.

RF/mikrodalga portföy lideri Nilesh Kamdar, "Tarihsel olarak, günümüzün kablosuz dünyasında çok popüler olan bu çoklu çip modüllerini adlandırdık" dedi. Keysight. “Herhangi bir akıllı telefonu elinize aldığınızda, akıllı telefonun kablosuz parçası, tırnaktan daha küçük bir alana sıkıştırılmış 20 ila 30 çipten oluşan bir ön uç modülüdür. Bu, sektörde en az on yıldır, hatta daha uzun süredir yaşanıyor. Ayrıca, çeşitli havacılık ve diğer yüksek frekans sorunları bu tür bir entegrasyonu gerektiriyordu; biz de bunu geçmişte yaptık.”

Şekil 1. Keysight'ın PathWave ADS'sinde gösterilen çok çipli RF modülü düzeni. Kaynak: Keysight

Şekil 1. Keysight'ın PathWave ADS'sinde gösterilen çok çipli RF modülü düzeni. Kaynak: Keysight

Şu anda sürmekte olan büyük değişim, bu yaklaşımın çok daha geniş bir uygulamasını, ayrıca çiplet tasarımındaki iyileştirmeleri ve çipletlerin içinde olup bitenleri bağlamanın, test etmenin ve ölçmenin standart yollarını ve ayrıca onları çevreleyen gelişmiş paketi içeriyor.

Kamdar, "Otomotiv, değişen şeylerin harika bir örneği" dedi. “Yakın zamanda yapılan bir konferansta, büyük bir OEM'in başkan yardımcısı, bir veri merkezini alıp bir arabanın arka koltuğuna koyamayacağınızdan bahsetti, çünkü günümüzde otonom bir araca sahip olmak için gereken budur. Daha fazla entegrasyon yaparsanız ve bir şekilde tahtayı ortadan kaldırırsanız ve her şey birbirine sıkıştırılırsa, belki bunu dikey olarak bir arabanın arka koltuğuna sıkıştırabiliriz. Benzer birçok kullanım durumu vardır. Fiziksel veri merkezlerini dikkate alırsanız chiplet'lerin güç ihtiyacı daha düşük olabilir. Pek çok faydası var ve bugün chiplet'leri harekete geçiren de bu."

Ancak bu değişiklikler yanıltıcı derecede karmaşıktır ve sektörün bu konuda okula geri dönmesi gerekebilir. "Geniş ölçekte chiplet oluşturmak o kadar farklı bir model ki hepimizin becerilerimizi yeniden değerlendirmemiz gerekiyor" dedi. “Organizasyonların nasıl kurulduğunu ve mimarinin nasıl gerçekleştiğini yeniden değerlendirmemiz gerekiyor. Sistem tasarımcısının rolünü yeniden değerlendirmemiz gerekiyor. Olaylara farklı bir açıdan bakıyor olabilirler ve 'Ben bir sistem tasarımcısıyım' diyor olabilirler. Sistemlerin spesifikasyonlarını tasarlarım. Bunu daha küçük seviyeli bileşenlere, bireysel IC'lere bölüyorum ve özellikleri dağıtıyorum. Gidip altı ay sonra geri geliyorum ve herkesin nasıl olduğunu görüyorum.' Belki bu bile mümkün değildir. Belki zincirin yukarısında ve aşağısında var olması gereken birden fazla sistem tasarımcısı vardır. Bunlar olması gereken türden konuşmalar. Sektörlerin en büyük oyuncuları arasında bu tür konuşmalar zaten yapılıyor ancak her yerde değil."

Çoklu yonga tasarımı bağlamında potansiyel etkileşimlerin sayısı önemlidir ve çoğu durumda tasarıma özgüdür. Ürün grubu yönetimi kıdemli müdürü Shekhar Kapoor, "Çoklu kalıplara inanıyorsanız, yongalara inanıyorsanız, bunun yalnızca tüm [tasarım ve entegrasyon] sorununu daha da kötüleştireceğine inanmalısınız" dedi. Özet EDA Grubu. “Chiplet'ler birçok yerden, birçok kaynaktan gelecek. Pek çok seçenek olacak, herkes için pek çok seçenek olacak. En büyük sorun, tüm bunlarla ilgili mevcut kullanımlardır. Büyük şirketler bunu ısmarlama ve özelleştirilmiş bir şekilde yapıyorlar. Ancak standartlaştırmayı geniş kapsamlı yaparsanız, gelen bir chiplet'in oluşturmaya çalıştığınız üründe çevreye uyum sağlayacağını nasıl bilebilirsiniz?"

UCIe ve Bunch of Wires gibi standartlara odaklanılmasına rağmen, bireysel yongaların bir sistem bağlamında nasıl karakterize edildiği konusunda hala nüanslar var. “Onun profilini gerçekten nasıl biliyorsun? Kapoor, bu noktada neredeyse bir imza gibi daha fazla izlemenin devreye gireceğini söyledi. “Bunu okuyabilir ve ortamınız için ideal olup olmadığını anlayabilirsiniz. Endüstrinin daha fazla chiplet etkinleştirmeye doğru ilerlediği göz önüne alındığında, bu temel bir husus olacaktır. Daha fazla gereksinim ortaya çıkacak, daha fazla standart ortaya çıkacak, böylece bir şeyin uyup uymayacağını görebilirsiniz.”

Üstesinden gelinmesi gereken başka zorluklar da var.

UCIe ürün grubu pazarlama müdürü Sue Hung Fung, "Çipletlerde tüm yüksek hızlı sinyaller paketin içinde olduğundan gözlemlenebilirlik çok daha zordur" dedi. Ritim. “Bu, bilinen iyi bir kalıba (KGD) ulaşmak için bağlantı hatası kontrolleri, göz taramaları, BiST vb. yoluyla yapılabilir. Test yöntemlerinin tümü bunun etrafında oluşturulmuştur. Ayrıca bağlantının sağlığı için iyi monitörlere sahip olmak değerli olabilir ve farklı satıcıların yeni ve farklı teklifleri de mevcut.”

Önemli olan, bir paketteki bileşenlerin geri kalanı bağlamında sinyal kalitesini izlemektir; bu, daha fazla işlevin yongalara ayrılmasıyla daha da zorlaşır.

“Veri aktarımı sırasında bunların sinyallerini ve kalitesini izleyebilir miyiz? Veri aktarımının sağlamlığını artırmak için eğitim teknikleri görev modundan önce yapılıyor," diye belirtti Hung Fung. “Veri kesintisine neden olabileceği için yeniden eğitim istenmiyor. Her şeridi sürekli olarak izleyip raporlayabilmemiz ve arızaya neden olabilecek olayları arıza oluşmadan tespit edebilmemiz gerekiyor. Sistem arızasının önlenmesi ve bu arızaların onarılması, yedekli şerit yeniden haritalandırmayı veya marjinal olarak arızalı şeritleri tespit etmek için diğer onarım yöntemlerini içerir. Bu dahili chiplet sinyallerinin eğitimi ve sürekli izlenmesi, bağlantı davranışını analiz etmedeki zorluklardır."

UCIe için çalışma grupları, açık bir bağlantı ekosistemine sahip olmak için bu gözlemlenebilirliğin bir kısmını standartlaştırmanın yollarını arıyor. Ancak gözlemlenebilirlik ve izlemenin eklenmesi de dikey segmente göre büyük ölçüde değişiklik gösterebilir.

Synopsys EDA Group'un ürün hattı yönetimi müdürü Randy Fish, standart bir yaklaşım olmadığından ve gözlemlenebilirlik çözümleri için az sayıda ticari tedarikçi olduğundan neredeyse tüm çözümlerin özel olarak tasarlandığını açıkladı. "Önde gelen yarı finallerden herhangi birine girerseniz, bir şeyler yaparlar" dedi. "Soru şu; çoklu kalıp etrafında, izleme ve hata ayıklama için tutarlı veya uyumlu bir altyapıya sahip olmak için bizi standartlaştırmaya zorlayacak işlevler var mı - özellikle de birden fazla tedarikçiden birden fazla kalıp alıyorsanız, temelde neler olup bittiğini görmek için. Çoklu kalıp çözümlerinden bazıları otomotiv sektörüne giriyor ve orada yaşlanma ve bu kalıplara ne olduğu gibi konuları önemsiyorlar. Ve bildiğimiz gibi bunlar gelişmiş düğümlerdir. 6 yıllık olgun teknolojilerden 10 tanesine sahip değilsiniz. Bunlar uzun bir geçmişi olmayan gelişmiş düğümlerdir. Dolayısıyla bunu buna zorlayan birçok faktör var” dedi.

Chiplet'ler ayrıca bazı ilginç kontrastlar da sunuyor. Keysight'tan Kamdar, yakın zamanda yapılan bir CEO panelinde panelistlerden birinin chiplet'lerin benzersiz bir ikilemi olduğunu söylediğini belirtti. “Bir yandan, her çiplet, bir IP satıcısından temin edebileceğiniz ve onu nispeten düşük maliyetle, nispeten kolay bir şekilde sisteminize entegre edebileceğiniz bağımsız bir IP olabilir. Ancak oluşturmaya çalıştığınız yığının tamamı sizi bir anda her şeyi bilmeye zorluyor. Daha önce 'Altı şeye ihtiyacım var' diyebilirdiniz. Bir IP satıcısından beş tane satın alacağım ve onlar neye ihtiyacı olduğunu anlayacaklar. Ben bir tanesine odaklanacağım.' Ancak şimdi bunu yapmakta başarılı olamayabilirsiniz. Aslında altısını da nasıl yapacağınızı bilmeniz ve sorunun karmaşıklığı arttığı için bunların nasıl gerçekleştiğini anlamanız gerekebilir. Bu, endüstriyi başlangıçta yalnızca büyük oyuncuların bunu çözmesine izin vermeye zorlayabilir. Küçük satıcıların bu ortamda başarılı olabilmesi çok daha uzun sürebilir."

Bununla birlikte chiplet entegrasyonunu ve benimsenmesini hızlandırmak için birden fazla şirkete ihtiyaç olacak.

Kamdar, "Keysight, daha halka açık bir etkinlik olan TSMC Sempozyumu'na katıldı ve bunun ardından yalnızca 3D Fabric Alliance'ın parçası olan ortaklarla bir çalıştay düzenlendi" dedi. “TSMC tüm gün boyunca bu konu üzerinde birlikte nasıl çalışmamız gerektiğini konuşarak başladı ve bitirdi; bu, AMD ve Qualcomm dahil diğer katılımcılar tarafından da dile getirildi. Her iki şirketten de konuşmacılar, hiçbir EDA şirketinin chiplet sorununu kendi başına nasıl çözeceğini bilmediğini söyledi. Tüm sektörün birlikte çalışması gerekiyor.”

Teknik zorluklar
Chiplet'lerle ilgili bir diğer önemli husus da ısı yayılımıdır. Bu, karakterizasyonun bir parçasıdır, ancak aynı zamanda kullanım senaryolarına, paketleme tercihlerine ve genel paket içi sistem mimarisine de oldukça bağlıdır.

Cadence IP Grubu ürün pazarlamadan sorumlu başkan yardımcısı Rishi Chugh, "Chiplet PHY'leri tasarlarken çok önemli olan optimal PPA (agresif pj/bit ve sahil yoğunluğunu hedefleyen) göz önüne alındığında, çipletler için tasarımdaki marjinallik zayıftır" dedi. “Güvenilirlik çok önemli; KGD'yi taramak ve ticari operasyonel başarıya ulaştırmak için gözlemlenebilirlik de çok önemli. Sağlamlık için tasarımda CRC (döngüsel artıklık kontrolü), göz taraması, BiST ve izleme devreleri gibi veri bütünlüğü şemaları uygulandı ve veri hattının dayanıklı olmasını sağlamak için tasarımın arıza mekanizmalarıyla aşırı provizyonlanması gerekiyor."

Chugh, UCIe protokolündeki bir bölümün tamamının, protokolün gözlemlenebilirlik yönünü kapsayan UCIe protokolüyle ilişkili başlatma ve eğitime ayrıldığını ekledi.

Ek olarak, bir sisteme gözlemlenebilirlik eklemenin gerçek temellerinin en zor kısım olup olmadığı veya bu kavramlar etrafında düşünmedeki değişikliğin daha zor olup olmadığı konusunda tartışmalar vardır.

“Aslında diğer şeylerin aksine o kadar da karmaşık değil çünkü 'sadece' bağlanılacak başka bir blok. Gözlem var ve olayları takip etme yeteneklerimiz var," dedi Çözümler ve İş Geliştirmeden Sorumlu Başkan Yardımcısı Frank Schirrmeister. arter IP'si. “Kullanıcılar zaten kayıtlara yazılım perspektifinden bakmak gibi şeyler talep ediyor. Şimdi zorluk, bu kayıtları NoC'de kullanılabilir hale getirmektir. NoC perspektifinden bakıldığında, CHI, ACE, AMBA, OCP veya diğerleri gibi protokoller vardır ve bunlar dilin mekanizmalarıdır; nasıl konuşurlar ve nasıl etkileşime girerler. NoC'de, daha karmaşık protokollerle birlikte, birden fazla döngüde gerçekleşen olaylar oluyor, bu nedenle yanıtları beklemeniz gerekiyor, işleri boru hattına koymanız gerekiyor."

Bu, işlemcilerdeki spekülatif yürütmeye benzer. Schirrmeister, "Bu krediler hakkında, yanıt için ne kadar beklemem gerektiği gibi konularda konuşuyoruz" dedi. “Bunların hepsi protokollerin parçaları. NoC'de tamponların ne kadar derin olduğu gibi konuları anlamanız gerekir. Gerçekte veriyi ne zaman bekliyorum? Bu kısmen performanstır. Daha sonra gözlemlenebilirlik için verilere bağlanabilirsiniz ve sensörler, nasıl yapılandırmak istediğinize bağlı olarak kendi ağlarını kullanabilir. Çip üstü monitörler söz konusu olduğunda, bunu örneğin özel bir gözlemlenebilirlik veriyoluna koyup koymayacağınıza karar vermeniz gerekir. Aslında ne kadar hata ayıklamaya sahip olduğum konusunda her zaman bir tartışma vardır. Günün sonunda bu, bu bileşenlerin başka bir ara bağlantısıdır ve onu çipten nasıl çıkaracağınıza vb. karar vermeniz gerekir. Çipte ne kadar depoladığınız, bunun için ne kadar silikon gayrimenkulü harcamaya hazır olduğum sorusudur?”

Talaşları birbirine dikerken bu özellikle önemli hale gelir. "Sadece veriye benzeyen ve aslında doğrudan işleve herhangi bir değer katmayan bu hesaplamalı varlık için yeterli alana sahip olduğumdan nasıl emin olabilirim?" diye soruyor Picocom'un baş mimarı Gajinder Panesar. “Ayrıca bir izleme uzmanı olmayabilirim ama buna ihtiyacım olduğunu biliyorum. Bu yüzden 'Sadece şu düğmeye bas' diyen bir şeye ihtiyacım var. Ortamınız var, tasarımını yapıyoruz ve 'bu' oluyor. İdeal olarak CPU performansının davranışını gözlemlemeli ve daha iyi performans elde etmek için çekirdeğin belirli yönlerini dinamik olarak ayarlamalıyız."

Henüz geliştirilmeyen parçalardan biri de cihazların dinamik kontrolü ve kullanım ömrü boyunca yapılabilecek ayarlamalardır.

Tessent grubunun ürün pazarlama müdürü Lee Harrison, "Her şeyi önceden modelleme yeteneğine sahip olduğumuzu varsayalım" dedi. Siemens Digital Industries Yazılımı. “İşlerin sistem içi kısmını yapmak için yerleşik monitörlerin tümüne sahibiz, ancak bu döngüyü kapatıyor. Daha yeni geometriler için, bu güvenilirliği artırmak amacıyla cihazın çeşitli parametrelerinde nasıl ince ayar yapabileceğimizi gerçekten optimize etmek için hâlâ yapılması gereken çok fazla öğrenme var. Bu döngüyü yaşam içi sisteme kapatan parça, büyük miktarda değerin olduğu yerdir. Ancak hâlâ yapılması gereken işler var.

Sorumluluk rollerinin değiştirilmesi
Ticari yongalar başka bir çetrefilli konuyu daha ekliyor; beklenmedik bir şey gözlemlendiğinde veya ters gittiğinde kimin sorumlu olacağı konusu.

“Eğer bir çip üreticisiysem, çipi ben yaparım ve bir süreçten geçebilirim. OSAT test için" dedi Pazarlamadan Sorumlu Başkan Yardımcısı Paul Karazuba Expedera. “ASE'yi paketleme evi olarak kullanabilirim ama adımla ve garantimle satıyorum. Chipletlerimiz olduğunda işler ilginçleşecek. Chiplet'lerle ilgili tüm toplantılarımızda kimin neden sorumlu olacağı sorusu her zaman gündeme geliyor. Diyelim ki bir AI chiplet yapacağım ve diğer altı şirketin chiplet'leriyle birlikte bir sisteme ve pakete satacağım. Garanti hangi firmaya verilecek? Bu hizmeti hangi firma yapacak? Şu anda gerçek bir fikir birliği yok."

Karazuba, çalışma fikrinin paketin dışında adı bulunan şirketin sorumlu olacağını söyledi. “Bu şirket muhtemelen müşterilerine verilen hizmetin nihai sorumluluğuna sahip olacak, ancak chiplet üreticilerinin sağlaması gereken başka bir hizmet katmanını da beraberinde getiriyor ve bu ilginç olacak. Korku, 2000'li yıllarda Intel-Microsoft-Dell üçgeninde herkesin birbirini işaret etmesidir. Bu şu anda sektörde dile getirilmemiş bir korku.”

Ve belki de chipletlerden biri değildir. Bir alt tabaka veya fiziksel ara bağlantı arızalıysa ne olur?

Karazuba, "Test açısından bakıldığında, bir çiplet mükemmel şekilde test edilebilir" dedi. “Fakat fiziksel bir ara bağlantı sorunu olduğunda, yonga üreticisi bunu çoklu yonga modülü üreticisine göre nasıl anlayacak? İlginç olacak. Bu sorunları çözmenin tek yolu deneme yanılma olacaktır. Yarı iletken üreticileri olarak istediğimiz kadar yasal sözleşme tasarlayabiliriz, ancak burada keşfedilmemiş sulardayız ve bazı şeylerin ayarlanması gerekecek. Destek modellerinin, monolitik silikonun yarı iletken satışının ana aracı olmadığı yönündeki yeni gerçeği yansıtacak şekilde ayarlanması gerekecek.”

Synopsys'in Kapoor'unun ekosistemdeki yansımaları zaten görüldü. “Ekosistemler her zaman vardı, ancak nerede olursanız olun aktif ekosisteminiz belki de onun etrafındaki bir sonraki halkaydı. Tasarım yapıyorsanız, yalnızca dökümhane tasarım kuralları ve tasarım kuralları kılavuzuyla ilgilenirsiniz. Chiplet'ler hakkında konuştuğunuzda bu durum değişiyor. Tasarımla bile artık testi daha önce hiç olmadığı kadar çok düşünüyorsunuz. sen konuşuyorsun en gelişmiş ve teradin. Sadece bir tasarımcı olsanız bile, ATPG bakış açısına göre neleri koymanız gerektiğini ve bunların nasıl test edileceğini bulmalısınız. İlgili ekosistem boyutu artıyor.”

Yine de sektörün bu sorunları çözmekten başka seçeneği yok. “Chiplet pazarından bahsettik. Bir kalıbı çıkarıp hazır hale getirebileceksiniz. Hala bundan çok uzaktayız, ancak neyi başarmamız gerektiği konusunda adımlar giderek daha net hale geliyor. Bağlantı esastır. UCIe standartları bir zorunluluktur ve bununla birlikte oluşturmanız gereken bağlantı açısından protokoller ve kurallar da gelir. Daha sonra çok net bir şekilde tanımlanmış modeller olacaktır. Bahsettiğimiz zorluklar özellikle termiklerden ve güçten etkileniyor. Bununla ilgili bazı standartlar zaten mevcut ve bağlantıdan karakterize edilen modele geçeceğiz, böylece bunu daha güvenilir bir şekilde kullanabiliriz. O zaman bir tür imzaya ihtiyacımız olacak, bu da test edilebilirlik açısından ömrünü ve tüm ölümlerin nasıl farklı şekilde değişeceğini görebileceğimiz yer."

Tüm bunların girdileri çip ve sistem monitörlerinden gelecek ve bunların da standartlara dayalı olması gerekecek.