今年似乎每個人都在討論Multi-Die（集成多個異構(gòu)小芯片）系統(tǒng)。隨著計算需求激增和摩爾定律放緩，這種將多個異構(gòu)晶粒或小芯片集成到同一封裝系統(tǒng)中的方式，能夠為實現(xiàn)苛刻PPA、控制成本以及滿足上市時間的一系列需求提供一個更合理的解決方案。Multi-Die系統(tǒng)讓開發(fā)者能夠以具有成本效益的價格加速擴展系統(tǒng)功能、降低風(fēng)險、快速打造新的產(chǎn)品型號，從而實現(xiàn)靈活的產(chǎn)品組合管理。

Multi-Die系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)上市了，但這個概念是早在一兩年前就被提出的，只不過進展一直十分緩慢。2023年對Multi-Die系統(tǒng)來說也許會是個轉(zhuǎn)折點。

首先，以這些架構(gòu)為基礎(chǔ)的更廣泛的生態(tài)系統(tǒng)日漸成熟，為實現(xiàn)成本效益以及取得成功提供了更大的機會。其次，設(shè)計和驗證工具、IP以及制造方面的投資相結(jié)合，將會有效克服之前的障礙，為Multi-Die系統(tǒng)的普及鋪平道路。Multi-Die正在逐漸被主流半導(dǎo)體世界所接受。

2023年，Multi-Die系統(tǒng)

被大規(guī)模采用的開端之年

從疫苗研發(fā)到氣候變化，從智能手機到先進機器人，設(shè)備和系統(tǒng)的智能水平在不斷提升，但對芯片的要求卻是在尺寸不變或者更小的情況下，提供更高的帶寬、更好的性能和更低的功耗。芯片尺寸正在接近極限，在單個SoC中，處理能力、內(nèi)存、帶寬也都遇到了瓶頸。

解決上述困境正是Multi-Die系統(tǒng)的價值所在，它為激發(fā)持續(xù)創(chuàng)新提供了新的途徑。

Multi-Die系統(tǒng)可以擁有數(shù)萬億個晶體管，開發(fā)者可以根據(jù)特定功能的獨特要求以及整體系統(tǒng)性能和成本目標(biāo)，靈活地指定特定功能的晶粒采用特定的工藝技術(shù)。

我們預(yù)計從2023年開始，未來幾年將是Multi-Die系統(tǒng)設(shè)計顯著增長的幾年。

• 高性能計算（HPC）和超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域因為存在大量計算密集型工作負載，預(yù)計將成為Multi-Die架構(gòu)的最大采用者。

• 移動設(shè)備領(lǐng)域的芯片開發(fā)者需要在設(shè)備尺寸和內(nèi)存都受限的情況下實現(xiàn)更好的PPA，因此也會采用Multi-Die設(shè)計。考慮到Multi-Die的多種形式，一些移動設(shè)備制造商正在利用先進的封裝來提高芯片密度。

• 汽車芯片開發(fā)者也在采用Multi-Die架構(gòu)，例如用于人工智能模型訓(xùn)練的Tesla D1。業(yè)內(nèi)越來越多的芯片制造商對此愈加重視。通過針對不同的專業(yè)功能使用不同的晶粒，汽車子系統(tǒng)可以更好地滿足整體PPA和成本要求。

憑借在成本、功能集成和擴展方面的優(yōu)勢，Multi-Die系統(tǒng)正迅速滲透到各個應(yīng)用領(lǐng)域。所有跡象都表明，2023年將成為Multi-Die系統(tǒng)被大規(guī)模采用的開端之年。

Multi-Die生態(tài)系統(tǒng)越來越成熟

目前不僅AMD、蘋果、亞馬遜和英特爾等芯片制造商推出了Multi-Die設(shè)計，業(yè)內(nèi)其他主要廠商也在這方面取得了重大進展。Multi-Die架構(gòu)的生態(tài)系統(tǒng)正在迅速走向成熟，這將加速Multi-Die系統(tǒng)在市場上的大規(guī)模采用。

工具支持是Multi-Die系統(tǒng)走向成熟的重要推動因素。

之前開發(fā)者們大多使用需要手動分析的專有工具和腳本，但現(xiàn)在有了更多統(tǒng)一而成熟的整體性工具，這些工具可以簡化設(shè)計、驗證、測試、簽核和芯片生命周期管理等功能，讓開發(fā)者不再被深層的設(shè)計復(fù)雜性所困擾。此外，標(biāo)準(zhǔn)化IP可以提供安全穩(wěn)定的die-to-die連接，降低集成風(fēng)險并加速chiplet市場發(fā)展。

聯(lián)盟、流程和先進封裝技術(shù)是推動Multi-Die生態(tài)系統(tǒng)走向成熟的另一個標(biāo)志。

新思科技是主要行業(yè)聯(lián)盟的一員，新思科技的3DIC Compiler協(xié)同設(shè)計和分析平臺經(jīng)過認證，可用于關(guān)鍵流程，并且針對先進的封裝技術(shù)獲得了生產(chǎn)驗證。外包半導(dǎo)體封裝和測試（OSAT）供應(yīng)商則提供了Multi-Die封裝所需的技術(shù)。此外，硅中介層、重分布層（RDL）和3D堆疊等先進封裝技術(shù)取得了重大突破，能夠?qū)崿F(xiàn)高集成密度、更低功耗和更高性能。

在標(biāo)準(zhǔn)方面， 通用芯粒互連技術(shù)（UCIe）規(guī)范是關(guān)鍵的推動因素之一，并且成為目前die-to-die連接的首選標(biāo)準(zhǔn)：

• 該規(guī)范目前支持2D、2.5D和橋接封裝，預(yù)計將支持3D封裝。

• 唯一一種具有完整的die-to-die接口堆棧的標(biāo)準(zhǔn)。

• 它支持每個引腳高達32 Gbps的帶寬，足以滿足當(dāng)前和未來的應(yīng)用。

Multi-Die系統(tǒng)，從拐點到騰飛

如果2022年末是Multi-Die系統(tǒng)發(fā)展的轉(zhuǎn)折點，那么2023年將是這類架構(gòu)真正騰飛的一年。憑借包括EDA工具和IP在內(nèi)的全面Multi-Die解決方案，新思科技實現(xiàn)了早期架構(gòu)探索、快速軟件開發(fā)和系統(tǒng)驗證、高效設(shè)計實施、穩(wěn)定的晶粒間連接以及改進的制造和可靠性。

新思科技的Multi-Die系統(tǒng)解決方案包括晶粒/封裝協(xié)同設(shè)計、驗證、IP、測試和修復(fù)、簽核分析和芯片生命周期管理等技術(shù)。

與采用新的工藝節(jié)點相比，開發(fā)者們應(yīng)該已經(jīng)發(fā)現(xiàn)采用Multi-Die系統(tǒng)更具成本效益。另一些設(shè)計團隊采用此系統(tǒng)是希望利用其實現(xiàn)PPA、成本和上市時間等方面的優(yōu)勢。無論如何，Multi-Die系統(tǒng)有望與單個晶粒一樣成為主流芯片，推動應(yīng)用實現(xiàn)更高性能，讓人們的生活更快向數(shù)智低碳邁進。

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