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chiplet几种商业模式

 芯片失效分析 2020-03-09

chiplet的愿景是一个广泛的生态系统,其中有成千上万个可互操作的chiplet构建在各个foundry中,这些chiplet可提供各种功能,以降低成本,加快产品上市时间并提高成本效益。业务模型将需要支持这一愿景。

为了使这种方法成功,需要建立新的商业模式。集成ASIC供应商已经为集成高带宽存储器(HBM)模块、存储器设备和已知的良好裸片(KGD)系统建立了有效的模型。这个模型可以扩展以提供与来自多个源的组件更复杂的集成。下面的插图概述了这样一种业务模型,其结构为各种组件的“所有者”。
chiplet模型也可以使总体投资成本受益。例如,如果一家公司在开发机器学习加速器方面具有真正的价值,那么他们为每个可能的系统开发网络接口可能就没有意义。能够通过选择可用的组件将网络接口引入设计中,从而减少了开发和构建网络接口硬件所需的投资。相反,构建这些网络接口chiplet的公司将从数量增加中受益,从而将其投资摊销到更大的收入流中。
一、chiplet的工作流程
16中的示例显示了构建组件的选项,其中RF设计公司可能需要在各个节点中集成额外的复杂逻辑功能和模拟IP。在这种情况下,射频设计公司利用与ASIC供应商的合作关系开发“产品”,将接口IP和功能构建到产品的一部分。
16:带有片间接口标准IP的新型射频元件设计流程
下一阶段的组装如下图所示,其中ASIC提供商与外包半导体组装和测试公司(OSAT)合作,使用从以上RF提供商委托的组件以及OEM客户ASIC功能来设计和组装MCM封装。
17:OSAT基于chiplet的设计流程
当然,这些复杂的模型需要建立细节,以便能够顺利地解决采购和测试需求的定价问题,但是随着行业在模块中提供越来越复杂的组件,其中许多路径正变得越来越熟悉。
多供应商裸片生态系统的一个结构性问题是以晶圆形式交付KGD的实践。传统的方法包括用墨水点(或在数据库中做一个条目)标记测试失败的裸片,然后交付标记的晶圆。然后将标记的晶圆切成小块并封装。
在多供应商生态系统中使用此流程的一个问题是,它将每个晶圆的良率暴露给裸片的客户。对于半导体制造商来说,芯片良率往往是一个受到严密保护的事实。在实现多供应商生态系统时,至少有三种解决方案可供使用:
1.从切好的晶圆上取下裸片并将其放在载体上
2.使用可信的、受合同约束的第三方
3.使用芯片级封装中提供的预包装、预测试芯片
这些解决方案中的每一个都解决了良率风险的问题。这些解决方案提供了不同的方法来交付已知良好的设备以进行集成。

芯片开封实验室介绍,能够依据国际、国内和行业标准实施检测工作,开展从底层芯片到实际产品,从物理到逻辑全面的检测工作,提供芯片预处理、侧信道攻击、光攻击、侵入式攻击、环境、电压毛刺攻击、电磁注入、放射线注入、物理安全、逻辑安全、功能、兼容性和多点激光注入等安全检测服务,同时可开展模拟重现智能产品失效的现象,找出失效原因的失效分析检测服务,主要包括点针工作站(Probe Station)、反应离子刻蚀(RIE)、微漏电侦测系统(EMMI)、X-Ray检测,缺陷切割观察系统(FIB系统)等检测试验。实现对智能产品质量的评估及分析,为智能装备产品的芯片、嵌入式软件以及应用提供质量保证。

二、硅知识产权
在过去的十年里,片上系统(SoC)已经成为除大型数据中心服务器外提供计算能力的主要方式。PC、笔记本电脑、手机、网络网关和各种各样的嵌入式系统都采用了SoC。SoC通常由称为硅IP的各种预先设计的逻辑块组成。
传统上,硅IP的许可方通过预付许可费和单位使用费的组合来提供他们的技术。他们将提供验证测试,并预计与设计错误相关的责任限额。一个IP供应商将寻求在多个客户之间分摊IP开发的成本,这要比SoC供应商自己开发功能并且是该功能的唯一用户所能获得的价格低。
互连IP有一个独特的要求,即同一IP必须在链路的两侧工作。系统架构师和采购经理将坚持认为,IP具有灵活性,可以移植到不同的foundry,移植具有成本效益,最终互连IP可以从多个IP供应商处获得,或者可以由芯片供应商独立开发。业务模型将要求互连IP贡献在整个chiplet组生态系统中可用和可访问。这可以通过现有的标准组织(如OIF或IEEE)、现有的行业联盟(如开放计算平台(OCP))或新的联盟(如USR联盟)来实现。

三、chiplet集成的新机会?
chiplet集成将需要不同于硅IP的业务模型。其原因是,与硅IP不同,chiplet将需要被加工制造且质量保证长达数年甚至数十年。
大型半导体公司可能会继续垂直整合其设计,构建,组装和测试自己的基于chiplet的MCM解决方案的能力。设计面向特定任务的chiplet的较小公司将不太可能具有此功能,而是依靠foundry或封装厂在MCM中进行集成和测试。
chiplet公司需要根据foundry愿意提供的支持,就chiplet的使用寿命向客户提供制造保证。或者,为了更好地保证对终端客户的供应,chiplet供应商可以向多芯片模块开发商提供制造权转让,以换取版税。
最初,foundry和/或封装厂不仅要代表chiplet开发商承担制造chiplet的责任,而且还要承担为MCM集成商提供合格的chiplet的责任,然后提供许可或使用费的运营业务根据最终单位的销售情况返回给chiplet供应商。foundry或封装厂将建立一个chiplet设备目录,可以选择将其集成到MCM中。
随着时间的推移,随着不同chiplet库存的扩大,系统公司将希望灵活地混合和匹配来自不同foundry的chiplet。很容易想象,新公司可能会形成新的基于芯片的MCM解决方案,并利用整个行业的最佳解决方案。
大型半导体公司的半导体厂商可能会采用一种为自己的设备开发chiplet技术的模式,在这种技术中,他们有75%到80%的技术是由芯片供应商提供的,而只有在非战略性或没有经济意义的情况下,才会外包特定的技术。可以作为外包芯片开发候选技术的例子包括:内存技术、SerDes技术、FPGA技术和DSA技术。然后,大型半导体厂商可以建立自己的封装、互连技术和chiplet厂商的专属生态系统。
chiplet设计类似于当前SoC设计但是价格可能会小于完全集成的SoC设备。因为它们是在硅中实现的,所以它们需要对已知的良好的裸片进行测试和最终封装的封装内测试开发对应的测试程序。必须为重新设计做好准备,并并需要建立机制以便在最终产品生命周期内跟踪硅的修订。
四、开放的加速器和chiplet将驱动新的工作方式
一种方法是将MCM视为一种新的PCB,在这种PCB中,组装、测试和部署可靠的多芯片解决方案需要一个可互操作的组件、互连、协议和软件的生态系统。
MCM并不是什么新鲜事物,并且可以轻松利用现有的许多半导体生态系统进行硅设计,KGD测试,封装设计和组装。商业模式通常无需更改。但是,当MCM包含许多chiplet时,将需要额外的注意和规格,例如:

针对USR应用的高效链路、协议和软件解决方案

USR标准和互操作性协议

验证互操作性的USR组件认证程序

chiplet上的生态系统调整和已组装的MCM测试程序

大容量MCM组装和测试

产品保修

现场故障分析及根本原因识别
Netronome、Achronix、GlobalFoundries、Kandou、NXP、Sarcina和SiFive联合发起的ODSA工作组已经成立,旨在开发一种开放式架构和相关规范,用于开发承诺降低硅开发和制造成本的chiplet。ODSA工作组还将开始研究可行商业模式的细节,以实现chiplet的愿景。

结论

为了弥补摩尔定律的终结,需要DSA来处理数据中心和网络边缘的工作负载。然而,目前为DSA开发定制单片ASIC的方法在经济上已不可行。异构系统中,集成ASIC由来自多个工艺节点和/或多个供应商的chiplet组成,是降低开发成本的一种选择。目前开发完整系统的方法是封闭和专有的。
最近调查的互连和封装技术以及数据传输协议方面的进展显著改善了异构系统。这些进步被用于为DSA提出一种新的开放架构ODSA。与当前的标准化方法不同,ODSA提出了实现DSA所需的完整堆栈的标准,包括数据传输协议。该提案是建立ODSA的原型实现。还审查了如何发展商务模式以支持基于chiplet的制造流程。
ODSA体系结构的主要优点之一是能够将PHY接口与用于其他处理功能的物理裸片解耦。在chiplet之间使用的事务层是实现这种集成的关键因素。通过利用ODSA模型,开发人员可以根据性能需求、IP可用性和成本自由地为每个chiplet选择最佳解决方案。开发人员可以快速地将支持ODSA的chiplet组装成最好的加速器。

封装技术从传统封装向先进封装发展半导体封测包括封装和测试两个环节,目前封装技术正逐渐从传统的引线框架、引线键合向倒装芯片(FC)、硅通孔(TSV)、嵌入式封装(ED)、扇入(Fan-In)/扇出(Fan-Out)型晶圆级封装、系统级封装(SiP)等先进封装技术演进。芯片的尺寸继续缩小,引脚数量增加,集成度持续提升。

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