Newsletter 01/2022

Neueste Produkte zeigen, dass auch große und komplexe Chiplet-Strukturen zuverlässig und effizient gestaltet werden können.

Chiplet-Architektur des Fraunhofer IIS/EAS

In der letzten Zeit haben sich interessante Entwicklungen im Bereich der Chiplets ergeben. So werden immer mehr Produkte auf Chipletbasis auf den Markt gebracht. Das betrifft aktuell vor allem das Marktsegment der Prozessoren. So haben insbesondere Apple und AMD jetzt Prozessoren mit Chiplets im Markt, die mit sehr großen Stückzahlen hergestellt werden. Das heißt auf der einen Seite, dass jetzt genügend Fertigungskapazität im Bereich der Hersteller aufgebaut sind. Bisher waren diese Fertigungskapazitäten über die ganze Kette für solche Volumen nicht verfügbar. Andererseits ist damit auch sichergestellt, dass auch große und komplexe Chiplet-Aufbauten sicher und effizient designt werden können. Allerdings beschränken sich die Applikationen bisher auf Anwendungen mit großen Stückzahlen.

In Systemen mit großen Stückzahlen besteht der Vorteil, dass das Chiplet-Interface nicht standardisiert sein muss, da die großen Stückzahlen eigene Entwicklungen erlauben. Dadurch können auch sehr individuelle Lösungen gefunden werden, die sehr gut auf die jeweiligen Anforderungen angepasst sind. Systeme mit großen Stückzahlen haben auch den Vorteil, das alle Komponenten von einem Hersteller designt werden, wodurch auch das Design des Chiplet-Interfaces durch den gleichen Hersteller erfolgen kann. Neben der guten Anpassbarkeit ist damit vor allem auch ein Zeitvorteil möglich, da keine langwierige Standardisierung notwendig ist. Genau diesen Weg sind die beiden Anbieter von Prozessoren – Apple und AMD – gegangen. Auch das nötige Ökosystem, bestehend aus Interposer-Fertiger sowie dem Assembly der Chiplets auf den Interposern ist bei großen Stückzahlen einfacher zu organisieren, da es meist komplett vom Chiphersteller übernommen wird. Damit ist dann auch sichergestellt, dass die einzelnen Schaltkreise vom Assembly zum Interposer kompatibel sind. In solchen Applikationen mit großen Stückzahlen ist der Einsatz von Chiplets vor allem durch die Performance und die geringere Schaltkreisfläche vorangetrieben worden.

Auf der anderen Seite kann man aktuell feststellen, dass bei Produktgruppen mit kleinerer Stückzahl Chiplets immer noch nicht eingeführt sind. Das liegt vor allem darin begründet, dass hier eben noch kein Ökosystem zur Fertigung aufgebaut ist. Damit ist aktuell nicht sichergestellt, dass Schaltkreise von verschiedenen Herstellern wirklich mit dem Interposer verbunden werden können und keine Probleme beim Assembly auftreten. Daher sind hier weitere Arbeiten zur Standardisierung nötig. Im Bereich der kleinen Stückzahlen ist es bisher auch nicht entschieden, ob die teureren Silizium-Interposer wirklich die richtige Wahl sind oder ob nicht doch lieber auf Interposer aus organischem Material zurückgegriffen werden sollte.

Außerdem spielt für diese Produktgruppen das Thema der Wiederverwendung einzelner Schaltkreise des Chiplets – für verschiedene Anwendungen – eine große Rolle. Erst durch die Wiederverwendung lohnt sich die Entwicklung von Schaltkreisen in kleinen Technologieknoten. In Applikationen mit kleinen Stückzahlen ist der Einsatz der Chiplets daher eher vom Wunsch getrieben, verschiedene Teil-Baugruppen wiederverwenden zu können.  Allerdings erfordert das ein Standardinterface zwischen den Schaltkreisen. Bei der Entwicklung eines Standard-Interfaces sind heute aber bereits weitere Aktivitäten zu beobachten. So wurde unter anderem der Bunch-of-Wire (BoW), der Universal Chiplet Interconnect Express (UCIe) sowie weitere Kandidaten soweit entwickelt, dass sie jetzt jeweils als Standard angemeldet sind. Allerdings ist durch die Entwicklung verschiedener Standards der Markt wieder sehr differenziert. Das erschwert auf der einen Seite die Entwicklung des entsprechenden Interface IPs und auf der anderen Seite die Herstellung von Schaltkreisen mit dem Chiplet Interface – da ja weiterhin nicht klar ist, welcher Standard zu bevorzugen ist. Damit hier in diesem Bereich die Chiplets erfolgreich eingeführt werden können, ist es daher auch zwingend notwendig, sich global auf einen Standard zu einigen, der die verschiedenen Anforderungen unterschiedlicher Applikationen erfüllt.