今年似乎每個(gè)人都在討論Multi-Die（集成多個(gè)異構(gòu)小芯片）系統(tǒng)。隨著計(jì)算需求激增和摩爾定律放緩，這種將多個(gè)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?yàn)閷?shí)現(xiàn)苛刻PPA、控制成本以及滿足上市時(shí)間的一系列需求提供一個(gè)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(jià)格加速擴(kuò)展系統(tǒng)功能、降低風(fēng)險(xiǎn)、快速打造新的產(chǎn)品型號(hào)，從而實(shí)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(gè)概念是早在一兩年前就被提出的，只不過進(jìn)展一直十分緩慢。2023年對(duì)Multi-Die系統(tǒng)來說也許會(huì)是個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

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(shí)現(xiàn)成本效益以及取得成功提供了更大的機(jī)會(huì)。其次，設(shè)計(jì)和驗(yàn)證工具、IP以及制造方面的投資相結(jié)合，將會(huì)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(jī)到先進(jìn)機(jī)器人，設(shè)備和系統(tǒng)的智能水平在不斷提升，但對(duì)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(gè)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(jià)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(wàn)億個(gè)晶體管，開發(fā)者可以根據(jù)特定功能的獨(dú)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(jì)從2023年開始，未來幾年將是Multi-Die系統(tǒng)設(shè)計(jì)顯著增長(zhǎng)的幾年。

• 高性能計(jì)算（HPC）和超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域因?yàn)榇嬖诖罅坑?jì)算密集型工作負(fù)載，預(yù)計(jì)將成為Multi-Die架構(gòu)的最大采用者。

• 移動(dòng)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(shí)現(xiàn)更好的PPA，因此也會(huì)采用Multi-Die設(shè)計(jì)。考慮到Multi-Die的多種形式，一些移動(dòng)設(shè)備制造商正在利用先進(jìn)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(duì)此愈加重視。通過針對(duì)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(kuò)展方面的優(yōu)勢(shì)，Multi-Die系統(tǒng)正迅速滲透到各個(gè)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(jì)，業(yè)內(nèi)其他主要廠商也在這方面取得了重大進(jìn)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M(fèi)ulti-Die系統(tǒng)在市場(chǎng)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(dòng)因素。

之前開發(fā)者們大多使用需要手動(dòng)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(jiǎn)化設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、測(cè)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(jì)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(xiǎn)并加速chiplet市場(chǎng)發(fā)展。

聯(lián)盟、流程和先進(jìn)封裝技術(shù)是推動(dòng)Multi-Die生態(tài)系統(tǒng)走向成熟的另一個(gè)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(jì)和分析平臺(tái)經(jīng)過認(rèn)證，可用于關(guān)鍵流程，并且針對(duì)先進(jìn)的封裝技術(shù)獲得了生產(chǎn)驗(yàn)證。外包半導(dǎo)體封裝和測(cè)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(jìn)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(dòng)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(jì)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(gè)引腳高達(dá)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(diǎn)到騰飛

如果2022年末是Multi-Die系統(tǒng)發(fā)展的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)了早期架構(gòu)探索、快速軟件開發(fā)和系統(tǒng)驗(yàn)證、高效設(shè)計(jì)實(shí)施、穩(wěn)定的晶粒間連接以及改進(jìn)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(jì)、驗(yàn)證、IP、測(cè)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(diǎn)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(jì)團(tuán)隊(duì)采用此系統(tǒng)是希望利用其實(shí)現(xiàn)PPA、成本和上市時(shí)間等方面的優(yōu)勢(shì)。無論如何，Multi-Die系統(tǒng)有望與單個(gè)晶粒一樣成為主流芯片，推動(dòng)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)更高性能，讓人們的生活更快向數(shù)智低碳邁進(jìn)。

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