摘要：小芯片革命已然来临。最初在实验室里作为多芯片科学项目开展的研究工作最终得以发展演变。像AMD、英特尔或英伟达这样的大公司，可以在台积电生产——英特尔则是自行生产——巨大且极其昂贵的中央处理器（CPU）或图形处理器（GPU）多芯片组件，利用先进封装技术来实现卓越

本文由半导体产业纵横（ID：ICVIEWS）编译自eetimes

开启硅系统设计的新时代。

小芯片革命已然来临。最初在实验室里作为多芯片科学项目开展的研究工作最终得以发展演变。像AMD、英特尔或英伟达这样的大公司，可以在台积电生产——英特尔则是自行生产——巨大且极其昂贵的中央处理器（CPU）或图形处理器（GPU）多芯片组件，利用先进封装技术来实现卓越的密度、能效和性能。

然而，小芯片真正的前景有所不同：使复杂硅系统的设计大众化，这样即使是系统开发商和小型无晶圆厂半导体公司也能够进行开发。

如今，对于这一愿景而言，既有充满希望的迹象，也存在显著的障碍。但我认为，一个规模适中的设计团队如今已经有可能实现基于小芯片的设计。不过，这需要深入理解其中涉及的变量以及在交付最终设计时如何管理这些变量。很可能在当下，这就需要借助具有相关专业知识的外部合作伙伴。

这一进展来得越快越好。由于封装已成为系统性能的关键因素，将多个通常由不同公司设计和制造的半导体芯片集成在同一封装内将至关重要。

我相信下一代行业领导者将是那些能够设计并集成复杂系统级芯片解决方案，充分利用先进封装等概念的公司。仅仅制造单个组件很快就会失去吸引力，取而代之的是各方携手合作，将设计、封装和系统集成方面的最佳成果汇聚起来以满足市场需求。我们已经看到了朝这个方向发展的趋势。

近几个月来，我们已经看到朝着这种大众化方向迈出的积极步伐。如今，可以在独立代工厂制造硅中介层，而不必局限于三家拥有封闭芯片、中介层和组装服务的代工厂巨头之一。主要的电子设计自动化（EDA）供应商提供用于多芯片、先进封装系统的架构探索、设计和分析工具。这些工具仍然是分散且专业化的，给传统芯片设计团队带来了巨大的学习障碍。不过，EDA供应商正在努力打造一种更集成化、类似片上系统（SoC）的流程。

此外，随着诸如线束（BoW）或通用芯片互连高速接口（UCIe）等先进封装互连标准的成熟，我们看到了一个真正的小芯片市场正在兴起。这些都是充满希望的迹象。

如今，一个资金充足且与行业有恰当联系以构建有效供应链的设计团队，可以开展基于小芯片的设计，而无需在三大代工厂之一排队等候，也不必接受它们的附加条件、生产计划和定价。然而，决定走这条道路的设计团队所面临的挑战仍然十分艰巨。

在系统架构、芯片和中介层层面，都有新的设计任务。而在这些任务中做出的选择往往会相互影响。此外，管理供应链的挑战——涉及多个芯片供应商，其中许多供应商本身就是与中介层工厂合作的小型或初创公司，以及管理具有先进封装能力的外包半导体组装/测试 (OSAT) 供应商——可能会失控。因此，系统设计人员必须管理这个新的、更复杂的供应链，促进所有相关方之间的密切合作和协调。

划分有许多参数。一方面，架构师希望确保高带宽、低延迟的数据流跨越尽可能少的芯片边缘且传输距离尽可能短。另一方面，设计师必须将系统划分成可用的小芯片，并且理想情况下，这些小芯片能够在后续设计中重复使用。任何无法作为小芯片购买到的功能最终都将集成在专用集成电路（ASIC）中。所有这些决策都必须着眼于性能、功耗和组装测试成本。

分区之后，讨论芯片采购问题。第三方供应商应该提供现成的芯片。然而，正如设计团队早已从重复使用硅 IP 中学到的那样，可能并不存在合适的芯片。功能、接口兼容性甚至 I/O 焊盘位置可能存在差异，这可能会破坏下游中介层的集成。有时，最初寻找合适的芯片最终变成了定制芯片开发或重新分区。还可能存在实际问题。找到合适的芯片，按正确的时间表、数量和价格提供，可能会很令人头疼。

高带宽内存 (HBM) 在这方面存在特殊问题。全球需求紧张，预计这种状况将持续下去。与 HBM 制造商没有建立牢固关系或无法提供强劲销量预测的客户可能会面临供应不确定、价格不稳定或电子邮件未回复的情况。不幸的是，中介层供应商也可能面临这种情况。三大巨头的订货交付周期可能很长，价格也高得惊人。

芯片和多芯片先进封装为设计后端带来了新的分析任务。整个组件必须接受电磁场建模，以评估互连线之间的阻抗和耦合。组件必须使用准确的动态功率估算进行热分析和机械分析，以检查局部、瞬时过热或热膨胀引起的机械应力。

如果应用是汽车或其他要求严格的环境，这些分析将特别严格。所有这些步骤都涉及大多数芯片设计团队不熟悉的多物理分析程序等工具。

芯片的前景是否只对少数设计团队有利？大部分可用产能来自英特尔、三星和台积电。然而，如果其他团队与与主要代工厂有牢固关系的合作伙伴合作，他们也可以为客户开发芯片。除此之外，拥有多芯片模块分析、IP、芯片设计、中介层设计和制造专业知识并与代工厂和 OSAT 供应商建立牢固关系的合作伙伴，可以为基于芯片组的设计交付过程带来好处。

专业设计服务提供商已经组建了一支专家团队，这些专家对于开发基于芯片的系统级解决方案至关重要，并且拥有 SoC 设计方面的专业知识。这使他们能够解决多芯片项目的每个阶段，从架构探索到大规模交付的供应链管理。此外，他们拥有一套全面的工具来完成这些任务。

在项目建设中扮演中立角色的设计服务团队与关键供应商（芯片、HBM、ASIC、IP、中介层和 OSAT）建立了合作关系，以确保获得产品并保持供应链的顺利运行。

所以，我们的答案是肯定的。系统开发商或小型无晶圆厂公司的设计团队如今可以利用先进封装中的基于小芯片的设计取得成功。它只需要正确的专业知识和关系。

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来源：半导体产业纵横一点号