تكتسب Chiplets اهتمامًا متجددًا في سوق السيارات، حيث تجبر زيادة الكهرباء والمنافسة الشديدة الشركات على تسريع جداول التصميم والإنتاج الخاصة بها.
لقد أشعلت الكهرباء النار في ظل بعض أكبر شركات صناعة السيارات وأكثرها شهرة، والتي تكافح من أجل الحفاظ على قدرتها التنافسية في مواجهة نوافذ السوق القصيرة جدًا والمتطلبات المتغيرة باستمرار. وخلافا لما كان عليه الحال في الماضي، عندما كانت شركات صناعة السيارات تعمل عادة على دورات تصميم تتراوح مدتها من خمس إلى سبع سنوات، فإن أحدث التقنيات في المركبات اليوم يمكن اعتبارها قديمة في غضون عدة سنوات. وإذا لم يتمكنوا من مواكبة ذلك، فهناك مجموعة جديدة تمامًا من الشركات الناشئة التي تنتج مركبات رخيصة الثمن مع القدرة على تحديث الميزات أو تغييرها بنفس سرعة تحديث البرنامج.
لكن البرمجيات لديها قيود على السرعة والأمان والموثوقية، والقدرة على تخصيص الأجهزة هي ما يبذله العديد من صانعي السيارات الآن. هذا هو المكان الذي تتلاءم فيه الشرائح الصغيرة، وينصب التركيز الآن على كيفية بناء ما يكفي من قابلية التشغيل البيني عبر الأنظمة البيئية الكبيرة لجعل هذا السوق بمثابة سوق التوصيل والتشغيل. تشمل العوامل الرئيسية لتمكين قابلية التشغيل البيني لرقائق السيارات توحيد المعايير وتقنيات التوصيل البيني وبروتوكولات الاتصال وإدارة الطاقة والحرارة والأمن والاختبار والتعاون في النظام البيئي.
على غرار التطبيقات غير المتعلقة بالسيارات على مستوى اللوحة، تركز العديد من جهود التصميم على نهج "الموت للموت"، الذي يقود عددًا من اعتبارات التصميم الجديدة والمقايضات. على مستوى الرقاقة، أصبحت الوصلات البينية بين مختلف المعالجات والرقائق والذاكرة وعمليات الإدخال/الإخراج أكثر تعقيدًا بسبب زيادة متطلبات أداء التصميم، مما أدى إلى تحفيز سلسلة من الأنشطة القياسية. لقد تم اقتراح أنواع مختلفة من التوصيل البيني والواجهات لخدمة أغراض مختلفة، أثناء ظهورها شريحة تعمل تقنيات الوظائف المخصصة - المعالجات والذكريات وعمليات الإدخال/الإخراج، على سبيل المثال لا الحصر - على تغيير أسلوب تصميم الرقائق.
وقال ديفيد فريتز، نائب رئيس الأنظمة الافتراضية والهجينة في شركة Siemens EDA: "هناك إدراك لدى مصنعي المعدات الأصلية للسيارات أنه لكي يتحكموا في مصيرهم، سيتعين عليهم التحكم في شرائح SoC الخاصة بهم". "ومع ذلك، فإنهم لا يفهمون إلى أي مدى وصلت EDA منذ أن كانوا في الكلية في عام 1982. كما أنهم يعتقدون أنهم بحاجة للذهاب إلى أحدث عقدة عملية، حيث ستتكلف مجموعة الأقنعة 100 مليون دولار. لا يمكنهم تحمل ذلك. كما أنهم لا يستطيعون الوصول إلى المواهب لأن مجموعة المواهب صغيرة إلى حد ما. مع كل ذلك معًا، يدرك مصنعو المعدات الأصلية أنه لكي يتحكموا في مصيرهم، فإنهم بحاجة إلى تقنية تم تطويرها من قبل الآخرين، ولكن يمكن دمجها مهما كانت الحاجة للحصول على منتج فريد ومتميز، وهم واثقون من أنه مقاوم للمستقبل لعدد قليل على الأقل. سنوات نموذجية. ومن ثم يصبح مجديا اقتصاديا. الشيء الوحيد الذي يناسب الفاتورة هو شرائح البطاطس الصغيرة."
يمكن تحسين الشرائح الصغيرة لوظائف محددة، والتي يمكن أن تساعد شركات صناعة السيارات على تلبية متطلبات الموثوقية والسلامة والأمن باستخدام التكنولوجيا التي تم إثبات كفاءتها عبر تصميمات متعددة للمركبات. بالإضافة إلى ذلك، يمكنها اختصار الوقت اللازم للتسويق وتقليل تكلفة الميزات والوظائف المختلفة في نهاية المطاف.
لقد كان الطلب على الرقائق في ارتفاع خلال العقد الماضي. وفقًا لشركة Allied Market Research، سينمو الطلب العالمي على شرائح السيارات من 49.8 مليار دولار في عام 2021 إلى 121.3 مليار دولار بحلول عام 2031. وسيجذب هذا النمو المزيد من الابتكار والاستثمار في شرائح السيارات، ومن المتوقع أن تكون الشرائح الصغيرة مستفيدًا كبيرًا.
لكن سوق الشرائح الصغيرة سيستغرق وقتًا حتى ينضج، ومن المرجح أن يتم طرحه على مراحل. في البداية، سيوفر البائع نكهات مختلفة من القوالب الخاصة. بعد ذلك، سيعمل الشركاء معًا لتوفير الشرائح لدعم بعضهم البعض، كما حدث بالفعل مع بعض البائعين. ستكون المرحلة النهائية عبارة عن شرائح صغيرة قابلة للتشغيل البيني عالميًا، كما تدعمها UCIe أو أي نظام ربط بيني آخر.
سيكون الوصول إلى المرحلة النهائية هو الأصعب، وسيتطلب تغييرات كبيرة. ولضمان قابلية التشغيل البيني، يجب أن تجتمع أجزاء كبيرة بما يكفي من النظام البيئي للسيارات وسلسلة التوريد معًا، بما في ذلك مطوري الأجهزة والبرمجيات، والمسابك، وOSATs، وموردي المواد والمعدات.
الزخم يتزايد
على الجانب الإيجابي، ليس كل هذا يبدأ من الصفر. على مستوى اللوحة، استخدمت الوحدات والأنظمة الفرعية دائمًا واجهات مدمجة من شريحة إلى شريحة، وستستمر في القيام بذلك. يوفر العديد من موفري الرقائق وIP، بما في ذلك Cadence وDiode وMicrochip وNXP وRenesas وRambus وInfineon وArm وSynopsys، شرائح واجهة جاهزة أو IP لإنشاء واجهة السيليكون.
اتحاد Chiplet Interconnect Express (UCIe) العالمي هي القوة الدافعة وراء معيار التوصيل البيني المفتوح. أصدرت المجموعة أحدث مواصفات UCIe 1.1 في أغسطس 2023. ويضم أعضاء مجلس الإدارة Alibaba وAMD وArm وASE وGoogle Cloud وIntel وMeta وMicrosoft وNVIDIA وQualcomm وSamsung وغيرها. يظهر شركاء الصناعة دعمًا واسع النطاق. كما تم اقتراح AIB وBunch of Wires (BoW). بالإضافة إلى ذلك، أصدرت شركة Arm للتو بنية نظام Chiplet الخاصة بها، إلى جانب مواصفات AMBA المحدثة لتوحيد البروتوكولات الخاصة بالشرائح الصغيرة.
وقال عارف خان، كبير مديري مجموعة تسويق المنتجات لتصميم الملكية الفكرية في Cadence: "إن Chiplets موجودة بالفعل، مدفوعة بالحاجة". "إن أحجام المعالجات و SoC المتزايدة تصل إلى الحد الأقصى للشبكية ووفورات الحجم. المكاسب الإضافية من التقدم التكنولوجي للعملية أقل من التكلفة المتزايدة لكل ترانزستور وتصميم. إن التقدم في تكنولوجيا التعبئة والتغليف (2.5D/3D) وتوحيد الواجهة على مستوى القالب، مثل UCIe، سوف يسهل تطوير الشرائح الصغيرة.
يتم تطوير جميع الشرائح المستخدمة اليوم تقريبًا داخليًا بواسطة شركات تصنيع الرقائق الكبيرة مثل Intel وAMD وMarvell، لأنها تستطيع التحكم بإحكام في خصائص وسلوك تلك الشرائح. ولكن هناك عمل جار على كل المستويات لفتح هذا السوق أمام المزيد من اللاعبين. وعندما يحدث ذلك، يمكن للشركات الصغيرة أن تبدأ في الاستفادة من ما أنجزه رواد الأعمال البارزون حتى الآن، والابتكار حول تلك التطورات.
وقال غيوم بويليت، كبير مديري التسويق الاستراتيجي في Arteris: "يعتقد الكثير منا أن حلم امتلاك مجموعة شرائح جاهزة وقابلة للتشغيل البيني من المرجح أن يستغرق سنوات قبل أن يصبح حقيقة واقعة"، مضيفًا أن قابلية التشغيل البيني ستظهر من مجموعات من الشركاء الذين تعالج مخاطر المواصفات غير المكتملة.
وهذا أيضًا يزيد من جاذبية FPGAs وeFPGAs، والتي يمكن أن توفر مستوى من التخصيص والتحديثات للأجهزة في هذا المجال. قال جيف تيت، الرئيس التنفيذي لشركة Flex Logix: "إن Chiplets شيء حقيقي". "في الوقت الحالي، يمكن لشركة تقوم ببناء شريحتين أو أكثر أن تعمل بشكل اقتصادي أكثر بكثير من شركة تقوم ببناء قالب ذو حجم قريب من الشبيكة دون أي عائد تقريبًا. لا يزال توحيد الرقائق يبدو بعيدًا. حتى UCIe ليس معيارًا ثابتًا حتى الآن. لا يتفق الجميع على UCIe، واختبار القوالب العارية، ومن يملك المشكلة عندما لا تعمل الحزمة المتكاملة، وما إلى ذلك. لدينا بعض العملاء الذين يستخدمون أو يقومون بتقييم eFPGA للواجهات حيث تكون المعايير في حالة تغير مستمر مثل UCIe. يمكنهم تنفيذ السيليكون الآن واستخدام eFPGA للتوافق مع تغييرات المعايير لاحقًا.
هناك جهود أخرى تدعم الشرائح الصغيرة أيضًا، على الرغم من أنها لأسباب مختلفة إلى حد ما - لا سيما التكلفة المتزايدة لتوسيع نطاق الأجهزة والحاجة إلى دمج المزيد من الميزات في الرقائق، والتي تكون مقيدة بالشبكيات في العقد الأكثر تقدمًا. لكن هذه الجهود تمهد الطريق أيضًا لشرائح صغيرة في السيارات، وهناك دعم قوي من الصناعة لإنجاح كل هذا. على سبيل المثال، تحت رعاية SEMI وASME وثلاث جمعيات IEEE، تبحث خارطة طريق التكامل غير المتجانس (HIR) الجديدة في العديد من مشكلات تصميم الإلكترونيات الدقيقة والمواد والتغليف للتوصل إلى خارطة طريق لصناعة أشباه الموصلات. يشمل تركيزهم الحالي 2.5D، و3D-ICs، والتعبئة على مستوى الرقاقة، والضوئيات المتكاملة، وMEMS وأجهزة الاستشعار، والنظام الموجود في الحزمة (SiP)، والفضاء، والسيارات، والمزيد.
في القمة العالمية للتكامل غير المتجانس 2023 الأخيرة، حضر ممثلون من AMD، وApplied Materials، وASE، وLam Research، وMediaTek، وMicron، وOnto Innovation، وTSMCوأظهر آخرون دعمًا قويًا للشرائح الصغيرة. المجموعة الأخرى التي تدعم الشرائح هي تبادل تصميم شيبليت (CDX) مجموعة العمل، والتي هي جزء من افتح البنية المحددة للمجال (ODSA) ومؤسسة مشروع الحوسبة المفتوحة (OCP). يركز ميثاق تبادل تصميم الشرائح (CDX) على الخصائص المختلفة لتكامل الشرائح والشرائح، بما في ذلك معايير تبادل التصميم الكهربائي والميكانيكي والحراري للدوائر المتكاملة 2.5D المكدسة وثلاثية الأبعاد (3D-ICs). ومن بين ممثليها ANSYS، المواد التطبيقية، آرم، آيار لابز، برودكوم، كادينس، إنتل، ماكوم، مارفيل، ميكروسيمي، إن إكس بي، سيمنز إي دي إيه، سينوبسيس، وغيرها.
وأشار فريتز من شركة سيمنز إلى أن "الأشياء التي تريدها شركات السيارات فيما يتعلق بما تفعله كل شريحة صغيرة من حيث الأداء الوظيفي لا تزال في وضع مضطرب". "أحد الطرفين لديه هذه المشاكل، والآخر لديه تلك المشاكل. هذه هي البقعة الحلوة. هذا هو المطلوب. وهذه هي أنواع الشركات التي يمكن أن تنطلق وتقوم بهذا النوع من العمل، ومن ثم يمكنك تجميعها معًا. إذن فإن قابلية التشغيل البيني هذه ليست مشكلة كبيرة. يمكن لمصنع المعدات الأصلية أن يجعل الأمر معقدًا للغاية بقوله: "يجب أن أتعامل مع هذا النطاق الكامل من الاحتمالات". والبديل هو أنه يمكنهم القول: "إنها تمامًا مثل PCIe عالي السرعة." إذا أردت التواصل من شخص إلى آخر، فأنا أعرف بالفعل كيفية القيام بذلك. لدي برامج تشغيل تعمل على تشغيل نظام التشغيل الخاص بي. وهذا من شأنه أن يحل الكثير من المشاكل، وأعتقد أن الأمر سينتهي إلى هذا الحد”.
طريق واحد لتطوير شرائح عالمية؟
للمضي قدمًا، تعد الشرائح الصغيرة نقطة محورية لكل من صناعات السيارات والرقائق، وسيشمل ذلك كل شيء بدءًا من بروتوكول IP الخاص بالشرائح الصغيرة وحتى توصيلات الذاكرة وخيارات التخصيص والقيود.
على سبيل المثال، أعلنت شركة Renesas Electronics في نوفمبر 2023 عن خطط للجيل القادم من SoCs وMCUs. تستهدف الشركة جميع التطبيقات الرئيسية عبر المجال الرقمي للسيارات، بما في ذلك المعلومات المتقدمة حول الجيل الخامس من R-Car SoC للتطبيقات عالية الأداء مع تقنية تكامل الشرائح المتقدمة داخل العبوة، والتي تهدف إلى تزويد مهندسي السيارات بقدر أكبر من المرونة للتخصيص. تصاميمهم.
وأشار رينيساس إلى أنه إذا كانت هناك حاجة إلى المزيد من أداء الذكاء الاصطناعي في أنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS)، فسيكون لدى المهندسين القدرة على دمج مسرعات الذكاء الاصطناعي في شريحة واحدة. وقالت الشركة إن خريطة الطريق هذه تأتي بعد سنوات من التعاون والمناقشات مع عملاء Tier 1 وOEM، الذين كانوا يطالبون بطريقة لتسريع التطوير دون المساس بالجودة، بما في ذلك تصميم البرنامج والتحقق منه حتى قبل توفر الأجهزة.
وقال: "نظرًا للاحتياجات المتزايدة باستمرار لزيادة الحوسبة عند الطلب، والحاجة المتزايدة إلى مستويات أعلى من الاستقلالية في سيارات الغد، فإننا نرى تحديات في توسيع نطاق الحلول المتجانسة وتوفير احتياجات الأداء للسوق في السنوات القادمة". فاسانث واران، مدير أول لشركة SoC Business & Strategies في Renesas. "تسمح Chiplets لحلول الحوسبة بالتوسع بما يتجاوز احتياجات السوق."
أعلن رينيساس عن خطط لإنشاء ملف عائلة المنتجات القائمة على شرائح تستهدف بشكل خاص سوق السيارات بدءًا من عام 2025.
تسمح الواجهات القياسية بتخصيص شركة نفط الجنوب
ليس من الواضح تمامًا مدى التداخل الذي سيكون هناك بين المعالجات القياسية، حيث يتم استخدام معظم الشرائح الصغيرة اليوم، والرقائق المطورة لتطبيقات السيارات. لكن من المؤكد أن التقنيات والتطورات الأساسية ستبني بعضها البعض مع تحول هذه التكنولوجيا إلى أسواق جديدة.
وأشار ديفيد ريدجواي، كبير مديري المنتجات بمجموعة حلول IP المسرَّعة في Synopsys: "سواء كان الأمر يتعلق بمسرع الذكاء الاصطناعي أو تطبيق ADAS للسيارات، يحتاج العملاء إلى كتل IP للواجهة القياسية". "من المهم توفير أنظمة فرعية IP تم التحقق منها بالكامل حول متطلبات تخصيص IP الخاصة بهم لدعم مكونات النظام الفرعي المستخدمة في SoCs الخاصة بالعملاء. عندما أقول التخصيص، قد لا تدرك كيف أصبح عنوان IP قابلاً للتخصيص على مدار السنوات العشر إلى العشرين الماضية، على جانب PHY بالإضافة إلى جانب وحدة التحكم. على سبيل المثال، انتقل PCI Express من PCIe Gen 10 إلى Gen 20 إلى Gen 3 والآن الجيل 4. يمكن تكوين وحدة التحكم لدعم أوضاع التشعب المتعددة ذات عرض الارتباط الأصغر، بما في ذلك واحد x5 أو اثنان x6 أو أربعة x16. يعمل فريق IP للنظام الفرعي لدينا مع العملاء لضمان تلبية جميع متطلبات التخصيص. بالنسبة لتطبيقات الذكاء الاصطناعي، تعد سلامة الإشارة والطاقة أمرًا في غاية الأهمية لتلبية متطلبات أدائها. يسعى جميع عملائنا تقريبًا إلى تجاوز الحدود لتحقيق أعلى سرعات ممكنة لعرض النطاق الترددي للذاكرة حتى يتمكن جهاز TPU الخاص بهم من معالجة العديد من المعاملات في الثانية. عندما تكون التطبيقات عبارة عن الحوسبة السحابية أو الذكاء الاصطناعي، فإن العملاء يريدون أسرع معدل استجابة ممكن.
الشكل 1: تساعد كتل IP، بما في ذلك المعالج والرقمي وPHY والتحقق، المطورين على تنفيذ SoC بالكامل. المصدر: سينوبسيس
يخدم تحسين PPA الهدف النهائي المتمثل في زيادة الكفاءة، وهذا يجعل الشرائح الصغيرة جذابة بشكل خاص في تطبيقات السيارات. عندما تنضج UCIe، من المتوقع أن تحسن الأداء العام بشكل كبير. على سبيل المثال، يمكن لشركة UCIe توفير عرض نطاق ترددي للخط الساحلي يتراوح من 28 إلى 224 جيجابايت/ثانية/مم في الحزمة القياسية، ومن 165 إلى 1317 جيجابايت/ثانية/مم في الحزمة المتقدمة. ويمثل هذا تحسنًا في الأداء يتراوح بين 20 إلى 100 ضعف. يمثل خفض زمن الوصول من 20ns إلى 2ns تحسنًا بمقدار 10 أضعاف. تعتبر كفاءة الطاقة أكبر بحوالي 10 مرات، عند 0.5 pJ/b (المجموعة القياسية) و0.25 pJ/b (المجموعة المتقدمة)، ميزة إضافية أخرى. المفتاح هو تقصير مسافة الواجهة كلما أمكن ذلك.
لتحسين تصميمات الشرائح الصغيرة، يقدم اتحاد UCIe بعض الاقتراحات:
- دراسة التخطيط الدقيق لخطوط القطع المعمارية (أي حدود الشرائح)، وتحسين الطاقة، وزمن الوصول، ومنطقة السيليكون، وإعادة استخدام IP. على سبيل المثال، تخصيص شريحة واحدة تحتاج إلى عقدة معالجة متقدمة أثناء إعادة استخدام شرائح صغيرة أخرى على العقد الأقدم قد يؤثر على التكلفة والوقت.
- يجب التخطيط لقيود التغليف الحرارية والميكانيكية للأظرف الحرارية للحزمة، والنقاط الساخنة، ومواضع الشرائح الصغيرة، وتوجيه الإدخال/الإخراج والاختراقات.
- يجب أن يتم اختيار عقد العملية بعناية، خاصة في سياق مخطط توصيل الطاقة المرتبط بها.
- يجب تطوير استراتيجية اختبار الشرائح الصغيرة والأجزاء المعبأة/المجمعة مقدمًا لضمان اكتشاف مشكلات السيليكون في مرحلة الاختبار على مستوى الشرائح الصغيرة وليس بعد تجميعها في حزمة.
وفي الختام
بدأت فكرة توحيد الواجهات الجاهزة للموت تنتشر بسرعة، لكن الطريق للوصول إليها سيستغرق وقتًا وجهدًا والكثير من التعاون بين الشركات التي نادرًا ما تتحدث مع بعضها البعض. يتطلب بناء السيارة شركة تصنيع سيارات واحدة. يتطلب بناء مركبة ذات شرائح صغيرة نظامًا بيئيًا كاملاً يتضمن المطورين والمسابك وOSAT وموردي المواد والمعدات للعمل معًا.
يعتبر مصنعو المعدات الأصلية للسيارات خبراء في تجميع الأنظمة وإيجاد طرق مبتكرة لخفض التكاليف. ولكن يبقى أن نرى مدى سرعة وفعالية بناء نظام بيئي من الشرائح القابلة للتشغيل البيني والاستفادة منه لتقليص دورات التصميم، وتحسين التخصيص، والتكيف مع عالم قد تصبح فيه التكنولوجيا الرائدة قديمة الطراز بحلول الوقت الذي يتم فيه تصميمها واختبارها بالكامل. ، ومتاحة للمستهلكين.
– ساهمت آن موتشلر في هذا التقرير.
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- المصدر https://semiengineering.com/why-chiplets-are-so-critical-in-automotive/
