- 晶片將複雜的系統分解為更小的功能塊，從而改進製造流程。
- 透過在同一系統中組合不同的製造節點，它們可以實現更大的可擴展性和靈活性。
- AMD 等公司在 CPU 和 GPU 中採用這種方法，引領潮流，克服了單晶片設計的挑戰。
小晶片技術正在徹底改變處理器和電子元件的設計和製造。但是小晶片到底是什麼？他們為什麼會在科技領域引領如此重要的潮流？接下來，我們將深入迷人的小晶片世界，探索它們的起源、優勢、限制以及它們如何改變處理器、GPU 等產業。
自從晶片組（chiplet）問世以來，它已從鮮為人知的技術工具發展成為先進硬體設計的基礎支柱。 AMD 、英特爾等公司以及近期其他產業參與者都開始探索這些模組化建構模組所帶來的各種可能性。在這裡，您將找到所有您需要了解的信息，我們將以清晰詳盡的方式進行解釋。
什麼是小晶片？
晶片組本質上是積體電路的一部分，它與其他晶片組協同工作，構成一個更大的系統。製造商不再將整個處理器或GPU設計成單一單晶片，而是將設計拆分成多個較小的晶片組，這些晶片組相互連接，形成一個完整的系統。這種模組化方法簡化了設計，降低了成本，並提高了可擴展性。
這種概念並非全新，多晶片模組（MCM）已經存在了幾十年。然而，晶片組的創新之處在於其靈活性：每個晶片都可以在不同的製程節點上製造，從而能夠更有效地優化成本和效能。
使用小晶片的動機
晶片模組（chiplet）的應用主要是為了應對晶片設計和製造日益複雜的挑戰。製造單晶片會帶來更高的缺陷率、更高的成本以及可擴展性方面的難題。例如，將系統分割成更小的晶片模組，可以提高矽晶圓上的性能，從而增加可用晶片的數量。
想像矽晶圓：當製造一塊大型單晶片時，其所在區域的任何缺陷都會影響整個晶片的功能。透過將設計分割成更小的晶片單元，缺陷的影響會降低，因為它們僅限於整個系統的一小部分，從而減少浪費。
小晶片的主要優勢
- 降低成本： 製造更小的晶片可以增加每個晶圓上的有用單元數量，這 降低每個功能晶片的成本.
- 可擴展性： 晶片允許創建模組化系統，從而輕鬆添加新的系統。 根據需要選擇核心或功能.
- 製造節點的靈活性： 每個晶片都可以採用不同的製程製造（例如 7nm 處理核心和 14nm 控制器）， 優化成本和性能.
- 開發速度： 重複使用已設計好的晶片 加速新一代產品的創造.
基於小晶片設計的實際範例
AMD Ryzen處理器系列就是一個絕佳的例子。從第三代（Ryzen 3000）開始，AMD採用了晶片組（chiplet）設計，其中處理核心（CCD）採用7nm製程製造，而輸入/輸出（IOD）晶片則採用更經濟的12nm製程製造。 Ryzen 5000和7000系列也沿用了這種設計，讓AMD得以克服單晶片帶來的諸多挑戰。
另一個相關的例子是AMD 的Radeon RX 7000 GPU，它採用了基於晶片組的記憶體和快取設計，從而釋放了主圖形核心的空間，並降低了整體設計的複雜性。
chiplet 與 MCM 之間的差異
要注意的是，不要將晶片組（chiplet）與前面提到的多晶片模組（MCM）混淆。雖然兩者都將多個晶片封裝在一個封裝內，但晶片組指的是作為一個整合系統協同工作的特定功能模組。相較之下，多晶片模組只是簡單地將多個晶片組合在一起，並不具備晶片組所具備的功能一致性。
例如，採用 MCM 設計的處理器可能包含多個核心和內存，但沒有晶片組所允許的特定優化，因此無法更有效率、更具可擴展性地工作。
小晶片的限制和挑戰
基於晶片組的設計並非沒有缺點。這種方法也帶來了一些重大的技術挑戰：
- 潛伏： 晶片之間的通訊會增加額外的延遲，這可能會 影響響應時間敏感型應用程式的效能.
- 中介層複雜性： 中介層作為晶片之間的中介，必須設計為 有效處理多個連接，這增加了複雜性和成本。
- 能源消耗： 晶片之間的互連可以 增加能源消耗，特別是如果沒有適當優化的話。
- 標準： 通訊介面缺乏標準化可能會 使得來自不同製造商的晶片難以集成.
小晶片的未來
晶片組的未來前景光明，尤其是在UCIe（通用晶片組互連高速標準）等互連標準的普及應用之後，不同廠商的晶片組將能夠整合到同一個系統中。這將為更異質和協作的解決方案打開大門，讓專業公司能夠將自身的組件貢獻給全球生態系統。
未來的可能情況是，系統可能包含來自一個製造商的 CPU、另一個製造商的 GPU 以及來自第三方的特定加速器，所有這些系統都透過開放標準高效地互連。
Chiplet 技術已成為主流。它能夠克服技術限制、降低成本並提供可擴展的解決方案，正在改變半導體產業的格局。在AMD、英特爾和英偉達等公司的引領下，隨著互連標準的出現，Chiplet 的應用範圍將不再局限於處理器和 GPU，而是擴展到汽車、人工智慧和雲端運算等領域的新應用。儘管 Chiplet 技術並非完美無缺，但它所代表的模組化方法重新定義了我們設計和製造電子元件的方式。
