采用Chiplet的設計方式已是大勢所趨，但究竟何時會開始大規模轉向這種設計方法，目前仍有待確定。

盡管如此，一些與技術和商業相關的最大障礙正在得到解決。雖然基于Chiplet的設計目前對于許多公司來說在經濟上仍難以企及，但這種情況已開始發生變化。一個新興生態系統的初步跡象已經顯現。

不久前，芯片行業還認為，只有那些別無選擇的公司才會使用Chiplet。這種設計方法被認為不合理的原因有很多，包括成本、性能以及增加的設計復雜性等。將芯片整合和集成到單片芯片上的趨勢似乎是未來的發展方向。

但事實證明，這是一個錯誤的假設。與Chiplet相關的問題一個接一個地被解決，或者被證明是被夸大了。越來越多的人正在表明為什么越來越多的公司應該考慮采用分立式設計。

隨著越來越多的公司采用Chiplet，情況也會變得更加容易，而且其優勢也會變得更加明顯。

軟IP的最大優勢之一在于，一家公司不再需要成為所有領域的專家。“如果我要設計一個SoC，我會安排人來做模擬設計，”Cadence SSG產品營銷總監Mayank Bhatnagar表示，“他們可能很優秀，但當我的SoC完成后，他們就轉而去做其他項目。他們最終無法成為某一特定設計的專家，因為他們一直在做不同的事情。現在，設想一下，如果有一家專注于特定設計的公司，或者一家規模較小的公司，專注于進行同一個設計，使用不同的工藝節點或不同的速度等級。產品質量會更好，這并非因為實現了完全相同的IP，而是因為IP本身由同一群人反復優化。當一個專用團隊來完成IP的設計時，該IP會得到優化，他們知道自己擁有巨大的市場，因此可以投資聘請最優秀的人才來做這件事。他們擁有巨大市場的原因是，他們利用了這個擁有標準接口的市場，因此他們知道可以瞄準大多數使用其IP的用戶。

就像任何技術進步一樣，事物的發展有多種方式。“當我們談論Chiplet和復用時，普遍的概念是，它們是強化的實體，”新思科技工程副總裁Abhijeet Chakraborty表示，“它們已經完全完成了所有工作，你只需要把它插上去，連接好所有東西，就可以開始使用了。”

Chiplet的演進

上世紀90年代軟IP的引入并不容易。推廣之路艱難，而且缺乏相應標準。許多人曾懷疑它能否成功，因為它可能會造成效率低下。

Ansys產品營銷總監Marc Swinnen表示：“從原則上講，Chiplet的采用沒有理由不能復制我們從用于SoC的IP發展的歷程。雖然需要創建一些機械和熱模型，而且會更加復雜，但我認為我們能夠解決這個問題。這只是一個完成工作、就標準達成一致并進行測試的問題。回顧IP市場的早期，IP的最初實例是內部庫。當時的公司使用自己的IP，并有自己的內部標準。所有這些都是專有的。商業IP需要一段時間才能流行起來，人們也需要一段時間才能信任來自外部的模塊。Chiplet也將經歷同樣的情況。”

Chiplet行業仍處于早期階段。“我開始看到一些客戶正在開發他們自己的Chiplet，”NHanced總裁Robert Patti表示,“這些Chiplet與其他任何公司的都不兼容。這種使用情況將會持續增長，因為各大公司已經意識到將自己的ASIC芯片集成到Chiplet中的價值。這使他們擁有更大的優勢。在HPC、計算集群、加速器，甚至與之相關的內存子系統等方面，人們都在沿著這條路走下去。雖然有一部分人非常專注于利用UCIe，但由于所需的開銷，以及必須在一個相當小的節點上才能真正有效地利用UCIe，因此它將是一個利基市場，而不是一個廣泛的大眾市場。”

隨著時間的推移，標準化將逐漸顯現。“我們將看到一種趨勢，即更加標準的定制設計，你可以為頂層的任何部分預先定義好封裝，”Marvell技術副總裁兼定制解決方案首席技術官Mark Kuemerle表示，“底層芯片是最難的。頂層芯片相對容易，因為它只需要消耗電力，并且需要通道來傳輸數據。底層芯片才是關鍵所在，因為你必須對其進行調整。可以想象，對于某種類型的器件，你有一個標準化的封裝，然后將其作為模板應用到底層芯片設計中，這樣你就可以基于它進行設計。”

當然，事情并非如此簡單。“它比我們這些年來熟知和喜愛的軟IP要復雜得多，”新思科技的Chakraborty表示，“你不僅要考慮Chiplet本身的復雜性，還要考慮測試標準、接口、可靠性和安全性等所有這些因素都必須發揮作用。它必須采用不同的技術規則和參數進行設計，每種規則和參數都有不同的要求和挑戰。電源傳輸非常重要，也是一個關鍵問題，Chiplet必須解決這個問題，包括它們如何接收來自系統的電源。我們討論的是TSV和凸塊電源就是為了滿足電源需求。所有這些都必須得到處理。它們必須協同起來。”

尚不成熟的生態系統

此外，還有一些其他挑戰。Cadence的Bhatnagar表示：“肯定有對Chiplet的需求。有需求，但沒有供應。有些公司已經開始開發Chiplet，并將其作為商品出售，但這還處于非常初始的階段。最大的障礙是所需的投資。創建任何一種Chiplet都需要很長時間，成本也相當高，而且你希望能夠明確自己所瞄準的市場空間。鑒于標準在不斷發展，無論特定Chiplet有多好，其市場規模究竟有多大并不明確。如果你無法占領任何市場，如果沒有人能夠使用你的Chiplet，那么開發它就毫無價值。”

有些組織可以幫助推動這一進程。“隨著開放計算項目的Chiplet市場等計劃的實施，Chiplet生態系統正在不斷發展，”Rapidus設計解決方案的現場首席技術官Rozalia Beica表示，“這為設計人員和制造商提供了集中的資源平臺，從而支持采用基于Chiplet的設計。”

盡管如此，要在這個領域占據一席之地，需要有接受Chiplet的能力以及采用Chiplet所帶來的明確益處。西門子EDA中央工程解決方案總監Pratyush Kamal表示：“目前市場上有一些公司提供Chiplet。他們面臨著來自大型垂直行業的競爭，要想取得成功，就需要帶領行業走向開放的Chiplet經濟。設計SoC的垂直行業公司目前有五個不同的組織來構建這些核心。如果可以減少對其中一個組織的需求，他們可以節省20%的一次性非重復性費用——即設計和流片芯片的費用。你可以從設計流程中去除這筆費用。從這個意義上說，這是一個巨大的機會。”

例如，Arm已開始提供預集成的強化IP模塊，以加速Chiplet的采用。Arm汽車業務高級總監Christopher Rumpf表示：“驗證成本正在急劇增加。解決這個問題的方法是使用計算子系統。工作負載和軟件是實現差異化的關鍵。”

有些Chiplet比其他Chiplet更有意義。“我們將逐漸看到一種聚集效應，”Patti表示，“構建垂直領域Chiplet的公司會希望相互交流，他們會想要FPGA芯片。我預計我們將開始看到各種尺寸的FPGA芯片。我們真正需要的是相對較小的FPGA器件，用來連接來自30家不同公司、各自進行協議發明的非協同設計芯片。”

DRAM已開始展現出所需的生態系統，尤其是在高帶寬內存(HBM)方面。“生態系統、易復用性和標準化問題必須得到解決，”Chakraborty表示，“這會產生成本，也存在組裝方面的挑戰。目前，他們有很多疑問。他們不清楚該怎么做，也不清楚它的可靠性如何。例如，如果采用堆疊芯片，他們擔心散熱問題。如果我有其他替代方案，是否值得冒所有這些風險？一旦整個行業能夠助力推動這一進程，使其風險大大降低，讓用戶能夠提前了解風險和挑戰，并做出明智的決定。那么我們認為，除了HPC AI客戶之外，更多的人將會采用Chiplet。這種情況是不可避免的。”

將2.5D擴展到3D

當性能成為最終目標時，Chiplet的采用會變得更加困難——尤其是在涉及3D集成時。“我們從未成功復用過Chiplet，因為它們之間聯系太緊密了，”Marvell的Kuemerle表示。

雖然標準正在制定中，但很少有人遵守。“由于沒有統一的規范，整個市場存在問題，”Patti表示，“從廣義上來說，我喜歡那種簡單的連線方式，但要把各種東西連接在一起，將會是一套混合的標準。事實上的標準在市場上出現還需要很長時間。我們目前有點停滯不前，但真正需要做這件事的人將推動它的發展。至于3D，情況就更加復雜了，因為3D除了物理協議之外，還涉及物理層面。”

要想成功，公司和產品必須完美結合。“有些系統是基于性能參數的，它們會不斷地更新迭代，或者從一個架構過渡到另一個架構，”Chakraborty表示，“實現這些目標的唯一方法是從完整的系統視角重新設計所有內容。但很多應用并不需要這樣做。你可以重復利用，因為這不僅可以降低成本，還能更快、更可預測地實現完整的解決方案。對于那些適合模塊化和重用的應用來說，問題又回到了‘要實現這樣的生態系統需要什么呢？’”

隨著每個應用的出現，我們會學到更多，行業也會不斷進步。“定制HBM是我能想到的最接近可復用3D設計的方法，”Kuemerle表示，“這是一個非常獨立且眾所周知的問題。如果我們添加鉤子來與頂部的3D DRAM芯片堆棧通信，我們就可以將其視為一個IP塊。如果我們設置好與頂層的那堆疊的DRAM裸片進行通信的接口，我們就可以把它當作一個IP模塊來處理。我們還有其他與那堆疊的DRAM相關的東西，比如電源傳輸，我們必須在底層裸片上進行規劃。但當我們考慮這個問題時，我們可以定義與頂層堆疊或者頂層的任何部件進行通信所需的所有東西，然后我們可以圍繞這些進行設計，并在這個空間內做任何我們想做的事情。”