Chiplet'ler, artan elektrifikasyonun ve yoğun rekabetin şirketleri tasarım ve üretim programlarını hızlandırmaya zorladığı otomotiv pazarında yeniden ilgi görüyor.

Elektrifikasyon, çok kısa pazar pencereleri ve sürekli değişen gereksinimler karşısında rekabetçi kalabilmek için mücadele eden en büyük ve en tanınmış otomobil üreticilerinden bazılarının ateşini yaktı. Otomobil üreticilerinin genellikle beş ila yedi yıllık tasarım döngüleri üzerinde çalıştığı geçmişten farklı olarak, bugün araçlardaki en son teknolojinin birkaç yıl içinde eskimiş olduğu düşünülebilir. Ve eğer buna ayak uyduramazlarsa, bir yazılım güncellemesi kadar hızlı bir şekilde özellikleri güncelleme veya değiştirme yeteneğine sahip, ucuz araçlar üreten yepyeni bir grup girişim var.

Ancak yazılımın hız, güvenlik ve güvenilirlik sınırlamaları vardır ve donanımı özelleştirebilmek, birçok otomobil üreticisinin artık çaba gösterdiği noktadır. Chiplet'lerin devreye girdiği yer burasıdır ve şimdi odak noktası, bunu bir tak ve çalıştır pazarı haline getirmek için büyük ekosistemler arasında yeterli birlikte çalışabilirliğin nasıl oluşturulacağıdır. Otomotiv yongalarının birlikte çalışabilirliğini sağlayan temel faktörler arasında standardizasyon, ara bağlantı teknolojileri, iletişim protokolleri, güç ve termal yönetim, güvenlik, test ve ekosistem işbirliği yer alıyor.

Yönetim kurulu düzeyindeki otomotiv dışı uygulamalara benzer şekilde, pek çok tasarım çalışması, bir takım yeni tasarım hususlarını ve ödünleşimleri yönlendiren, ölmeden ölmeye yaklaşımına odaklanıyor. Çip düzeyinde, çeşitli işlemciler, çipler, bellek ve I/O arasındaki ara bağlantılar, artan tasarım performansı gereklilikleri nedeniyle daha karmaşık hale geliyor ve standart faaliyetlerin telaşını tetikliyor. Farklı amaçlara hizmet etmek için farklı ara bağlantı ve arayüz türleri önerilmiştir. yonga Özel işlevlere (işlemciler, bellekler ve I/O'lardan birkaçını saymak gerekirse) yönelik teknolojiler, çip tasarımına yaklaşımı değiştiriyor.

Siemens EDA sanal ve hibrit sistemlerden sorumlu başkan yardımcısı David Fritz, "Otomotiv OEM'leri, kendi kaderlerini kontrol etmek için kendi SoC'lerini kontrol etmeleri gerektiğinin farkına vardılar" dedi. “Ancak, 1982'de üniversitede olduklarından bu yana EDA'nın ne kadar ilerlediğini anlamıyorlar. Ayrıca, bir maske setinin 100 milyon dolara mal olacağı en son süreç noktasına gitmeleri gerektiğine inanıyorlar. Bunu göze alamazlar. Ayrıca yetenek havuzu oldukça küçük olduğundan yeteneklere erişimleri de yok. Tüm bunlarla birlikte OEM'ler, kaderlerini kontrol etmek için başkaları tarafından geliştirilen, ancak birleştirilebilen, ancak benzersiz, farklılaştırılmış bir ürüne sahip olmak için ihtiyaç duyulan bir teknolojiye ihtiyaç duyduklarının farkına varıyorlar; en azından birkaçı için geleceğe hazır olduğundan eminler. model yılları. Daha sonra ekonomik olarak uygun hale gelir. Tasarıya uyan tek şey çipletler.

Chiplet'ler belirli işlevler için optimize edilebilir; bu, otomobil üreticilerinin birden fazla araç tasarımında kanıtlanmış teknolojiyle güvenilirlik, emniyet ve güvenlik gereksinimlerini karşılamasına yardımcı olabilir. Ayrıca, pazara sunma süresini kısaltabilir ve sonuçta farklı özellik ve işlevlerin maliyetini azaltabilirler.

Son on yılda çiplere olan talep artıyor. Allied Market Research'e göre, küresel otomotiv çip talebi 49.8'de 2021 milyar dolardan 121.3'e kadar 2031 milyar dolara çıkacak. Bu büyüme, daha da fazla otomotiv çip yeniliği ve yatırımı çekecek ve chiplet'lerin de bundan büyük bir fayda sağlaması bekleniyor.

Ancak chiplet pazarının olgunlaşması zaman alacak ve muhtemelen aşamalar halinde piyasaya sürülecek. Başlangıçta, bir satıcı farklı tatlarda özel kalıplar sağlayacaktır. Daha sonra iş ortakları, bazı satıcılarda olduğu gibi, birbirlerini destekleyecek çipletler tedarik etmek için birlikte çalışacaklar. Son aşama, UCIe veya başka bir ara bağlantı şeması tarafından desteklenen, evrensel olarak birlikte çalışabilen yongalar olacaktır.

Son aşamaya ulaşmak en zoru olacak ve önemli değişiklikler gerektirecek. Birlikte çalışabilirliği sağlamak için, donanım ve yazılım geliştiricileri, dökümhaneler, OSAT'lar ve malzeme ve ekipman tedarikçileri de dahil olmak üzere otomotiv ekosistemi ve tedarik zincirinin yeterince büyük bölümlerinin bir araya gelmesi gerekiyor.

Momentum artıyor
İşin iyi tarafı, bunların hepsi sıfırdan başlamıyor. Kart düzeyinde, modüller ve alt sistemler her zaman yerleşik çipten çipe arayüzleri kullanmıştır ve bunu yapmaya devam edeceklerdir. Cadence, Diode, Microchip, NXP, Renesas, Rambus, Infineon, Arm ve Synopsys dahil olmak üzere çeşitli çip ve IP sağlayıcıları, arayüz silikonunu oluşturmak için kullanıma hazır arayüz çipleri veya IP sağlar.

Evrensel Chiplet Interconnect Express (UCIe) Konsorsiyumu kalıptan ölmeye, açık ara bağlantı standardının arkasındaki itici güçtür. Grup, en son UCIe 1.1 spesifikasyonunu Ağustos 2023'te yayınladı. Yönetim kurulu üyeleri arasında Alibaba, AMD, Arm, ASE, Google Cloud, Intel, Meta, Microsoft, NVIDIA, Qualcomm ve Samsung ve diğerleri yer alıyor. Endüstri ortakları yaygın destek gösteriyor. AIB ve Bunch of Wires (BoW) da önerildi. Buna ek olarak Arm, chiplet protokollerini standartlaştırmak için güncellenmiş AMBA spesifikasyonuyla birlikte kendi Chiplet Sistem Mimarisini de yayınladı.

Cadence Tasarım Fikri Mülkiyet Kıdemli Ürün Pazarlama Grubu Direktörü Arif Khan, "Chiplet'ler zorunluluk nedeniyle zaten buradalar" dedi. "Büyüyen işlemci ve SoC boyutları, retikül sınırına ve ölçek ekonomilerine ulaşıyor. Proses teknolojisindeki ilerlemelerden elde edilen artımlı kazançlar, transistör ve tasarım başına artan maliyetten daha düşüktür. Paketleme teknolojisindeki (2.5D/3D) gelişmeler ve UCIe gibi kalıptan kalıba düzeyde arayüz standardizasyonu, chiplet gelişimini kolaylaştıracak.”

Bugün kullanılan chiplet'lerin neredeyse tamamı Intel, AMD ve Marvell gibi büyük chip üreticileri tarafından şirket içinde geliştiriliyor çünkü bu chiplet'lerin özelliklerini ve davranışlarını sıkı bir şekilde kontrol edebiliyorlar. Ancak bu pazarı daha fazla oyuncuya açmak için her düzeyde çalışmalar sürüyor. Bu gerçekleştiğinde, küçük şirketler, yüksek profilli öncülerin şimdiye kadar başardıklarından yararlanmaya ve bu gelişmeler etrafında yenilikler yapmaya başlayabilir.

Arteris'in stratejik pazarlama kıdemli direktörü Guillaume Boillet, "Birçoğumuz kullanıma hazır, birlikte çalışabilen bir çiplet portföyüne sahip olma hayalinin gerçeğe dönüşmesinin muhtemelen yıllar alacağına inanıyoruz" dedi ve birlikte çalışabilirliğin, ortaklardan oluşan gruplardan ortaya çıkacağını ekledi. eksik spesifikasyon riskini ele alıyor.

Bu aynı zamanda sahadaki donanım için bir düzeyde özelleştirme ve güncelleme sağlayabilen FPGA'lerin ve eFPGA'lerin çekiciliğini de artırıyor. Flex Logix CEO'su Geoff Tate, "Chiplet'ler gerçek bir şey" dedi. “Şu anda, iki veya daha fazla yonga üreten bir şirket, neredeyse hiç verim almadan, retikül boyutuna yakın kalıp üreten bir şirketten çok daha ekonomik olarak çalışabilir. Chiplet standardizasyonu hala çok uzakta görünüyor. UCIe bile henüz sabit bir standart değil. UCIe, çıplak kalıp testi ve entegre paket çalışmadığında sorunun kime ait olduğu vb. konularda herkes aynı fikirde değil. Standartların UCIe gibi değişken olduğu arayüzler için eFPGA'yı kullanan veya değerlendiren bazı müşterilerimiz var. Şimdi silikon uygulayabilirler ve daha sonra standart değişikliklerine uyum sağlamak için eFPGA'yı kullanabilirler."

Chiplet'leri destekleyen başka çabalar da var, ancak biraz farklı nedenlerden dolayı - özellikle cihaz ölçeklendirmenin artan maliyeti ve en gelişmiş düğümlerde retikül kısıtlamalı olan çiplere daha fazla özellik dahil etme ihtiyacı. Ancak bu çabalar aynı zamanda otomotivde yongaların önünü de açıyor ve tüm bunların işe yaramasını sağlayacak güçlü bir endüstri desteği var. Örneğin, SEMI, ASME ve üç IEEE Topluluğunun sponsorluğunda, yeni Heterojen Entegrasyon Yol Haritası (HIR), yarı iletken endüstrisi için bir yol haritası oluşturmak amacıyla çeşitli mikroelektronik tasarımı, malzemeleri ve paketleme konularını ele alıyor. Şu anki odak noktaları arasında 2.5D, 3D-IC'ler, levha düzeyinde paketleme, entegre fotonik, MEMS ve sensörler ve paket içi sistem (SiP), havacılık, otomotiv ve daha fazlası yer alıyor.

Son Heterojen Entegrasyon Küresel Zirvesi 2023'te AMD, Applied Materials, ASE, Lam Research, MediaTek, Micron, Onto Innovation, TSM temsilcileriCve diğerleri chiplet'lere güçlü destek gösterdi. Chiplet'leri destekleyen bir diğer grup ise Chiplet Tasarım Değişimi (CDX) çalışma grubunun bir parçası olan Açık Alana Özel Mimari (ODSA) ve Açık Hesaplama Projesi Vakfı (OCP). Chiplet Tasarım Değişimi (CDX) sözleşmesi, 2.5D yığınlı ve 3D Tümleşik Devrelerin (3D-IC'ler) elektriksel, mekanik ve termal tasarım değişim standartları dahil olmak üzere chiplet ve chiplet entegrasyonunun çeşitli özelliklerine odaklanır. Temsilcileri arasında Ansys, Applied Materials, Arm, Ayar Labs, Broadcom, Cadence, Intel, Macom, Marvell, Microsemi, NXP, Siemens EDA, Synopsys ve diğerleri.

Siemens'ten Fritz, "Otomotiv şirketlerinin, her bir yonganın işlevsellik açısından ne yaptığı konusunda istediği şeyler hâlâ bir değişim sürecinde" dedi. “Bir uçta bu sorunlar var, diğer uçta da bu sorunlar var. Burası tatlı nokta. İhtiyaç duyulan şey bu. Bunlar, bu tür işleri yapabilen ve daha sonra bunları bir araya getirebilen türde şirketlerdir. O halde bu birlikte çalışabilirlik meselesi o kadar da önemli değil. OEM, 'Bütün olasılık yelpazesiyle ilgilenmem gerekiyor' diyerek işi çok karmaşık hale getirebilir. Bunun alternatifi ise 'Tıpkı yüksek hızlı bir PCIe gibi' diyebilmeleridir. Birinden diğerine iletişim kurmak istersem bunu nasıl yapacağımı zaten biliyorum. İşletim sistemimi çalıştıran sürücülerim var. Bu pek çok sorunu çözecektir ve işin sonunun bu noktaya geleceğine inanıyorum."

Evrensel çiplet geliştirmeye giden bir yol mu var?

İleriye dönük olarak çipletler, hem otomotiv hem de çip endüstrileri için bir odak noktası haline gelecek ve bu, çiplet IP'sinden bellek ara bağlantılarına ve özelleştirme seçeneklerine ve sınırlamalarına kadar her şeyi içerecek.

Örneğin Renesas Electronics, Kasım 2023'te yeni nesil SoC'ler ve MCU'lara yönelik planlarını duyurdu. Şirket, otomotiv mühendislerine kişiselleştirme konusunda daha fazla esneklik sağlamayı amaçlayan gelişmiş paket içi chiplet entegrasyon teknolojisine sahip yüksek performanslı uygulamalar için beşinci nesil R-Car SoC hakkında ileri bilgiler de dahil olmak üzere otomotiv dijital alanındaki tüm önemli uygulamaları hedefliyor. onların tasarımları.

Renesas, Gelişmiş Sürücü Destek Sistemlerinde (ADAS) daha fazla yapay zeka performansı gerekiyorsa mühendislerin yapay zeka hızlandırıcılarını tek bir çipe entegre etme yeteneğine sahip olacağını belirtti. Şirket, bu yol haritasının, donanım mevcut olmadan önce yazılımın tasarlanması ve doğrulanması da dahil olmak üzere, kaliteden ödün vermeden geliştirmeyi hızlandırmanın bir yolunu arayan Tier 1 ve OEM müşterileriyle yıllar süren işbirliği ve tartışmaların ardından geldiğini söyledi.

"Talep üzerine bilgi işlemin artırılmasına yönelik sürekli artan ihtiyaçlar ve yarının arabalarında daha yüksek düzeyde özerkliğe duyulan artan ihtiyaç nedeniyle, önümüzdeki yıllarda monolitik çözümlerin ölçeklendirilmesinde ve pazarın performans ihtiyaçlarının karşılanmasında zorluklar görüyoruz" dedi. Vasanth Waran, Renesas SoC İş ve Stratejileri kıdemli direktörü. "Chiplets, bilgi işlem çözümlerinin pazarın ihtiyaçlarının üzerinde ve ötesinde ölçeklendirilmesine olanak tanıyor."

Renesas bir oluşturma planlarını duyurdu chiplet bazlı ürün ailesi özellikle 2025'ten itibaren otomotiv pazarını hedef alıyor.

Standart arayüzler SoC özelleştirmesine olanak tanır
Günümüzde çoğu chiplet'in kullanıldığı standart işlemciler ile otomotiv uygulamaları için geliştirilen chiplet'ler arasında ne kadar örtüşme olacağı tam olarak belli değil. Ancak bu teknoloji yeni pazarlara doğru ilerledikçe, altta yatan teknolojiler ve gelişmeler kesinlikle birbirini geliştirecektir.

Synopsys IP hızlandırmalı çözümler grubu kıdemli ürün yöneticisi David Ridgeway, "İster yapay zeka hızlandırıcı, ister ADAS otomotiv uygulaması olsun, müşterilerin standart arayüz IP bloklarına ihtiyacı var" dedi. “Müşterilerin SoC'lerinde kullanılan alt sistem bileşenlerini desteklemek için IP özelleştirme gereksinimlerine uygun olarak tamamen doğrulanmış IP alt sistemleri sağlamak önemlidir. Kişiselleştirme dediğimde IP'nin son 10 ila 20 yılda hem PHY hem de kontrolör tarafında ne kadar özelleştirilebilir hale geldiğini fark etmeyebilirsiniz. Örneğin, PCI Express, PCIe Gen 3'ten Gen 4'e, Gen 5'e ve şimdi de Gen 6'ya geçti. Denetleyici, bir x16, iki x8 veya dört x4 dahil olmak üzere daha küçük bağlantı genişliklerine sahip birden fazla çatallanma modunu destekleyecek şekilde yapılandırılabilir. Alt sistem IP ekibimiz, tüm özelleştirme gereksinimlerinin karşılandığından emin olmak için müşterilerle birlikte çalışır. Yapay zeka uygulamaları için sinyal ve güç bütünlüğü, performans gereksinimlerini karşılamak açısından son derece önemlidir. Neredeyse tüm müşterilerimiz, TPU'larının saniyede çok daha fazla işlem işleyebilmesi için mümkün olan en yüksek bellek bant genişliği hızlarına ulaşmak için sınırları zorlamaya çalışıyor. Uygulamalar bulut bilişim veya yapay zeka olduğunda, müşteriler mümkün olan en hızlı yanıt oranını istiyor."

Şekil 1: İşlemci, dijital, PHY ve doğrulamayı içeren IP blokları, geliştiricilerin tüm SoC'yi uygulamasına yardımcı olur. Kaynak: Özet

PPA'nın optimize edilmesi, verimliliği artırma nihai amacına hizmet eder ve bu, çipletleri otomotiv uygulamalarında özellikle çekici kılar. UCIe olgunlaştığında genel performansı katlanarak artırması bekleniyor. Örneğin UCIe, standart pakette 28 ila 224 GB/s/mm, gelişmiş pakette ise 165 ila 1317 GB/s/mm kıyı şeridi bant genişliği sunabilir. Bu, 20 ila 100 kat performans artışı anlamına gelir. Gecikmenin 20 ns'den 2 ns'ye düşürülmesi 10 katlık bir iyileşmeyi temsil ediyor. 10 pJ/b (standart paket) ve 0.5 pJ/b (gelişmiş paket) düzeyinde yaklaşık 0.25 kat daha fazla güç verimliliği başka bir artıdır. Önemli olan mümkün olduğunca arayüz mesafesini kısaltmaktır.

Chiplet tasarımlarını optimize etmek için UCIe Konsorsiyumu bazı önerilerde bulunuyor:

• Güç, gecikme, silikon alanı ve IP'nin yeniden kullanımı için optimizasyon yaparak mimari kesim çizgilerinin (yani çiplet sınırlarının) dikkate alındığı dikkatli planlama. Örneğin, ileri teknolojiye sahip bir işlem düğümüne ihtiyaç duyan bir çipletin özelleştirilmesi ve diğer çipletlerin eski düğümlerde yeniden kullanılması, maliyet ve zamanı etkileyebilir.
• Paket termal zarfları, sıcak noktalar, yonga yerleşimleri ve G/Ç yönlendirmesi ve kesintileri için termal ve mekanik paketleme kısıtlamalarının planlanması gerekir.
• Süreç düğümlerinin, özellikle ilgili güç dağıtım şeması bağlamında dikkatli bir şekilde seçilmesi gerekir.
• Silikon sorunlarının, bir pakete monte edildikten sonra değil, çiplet düzeyinde test aşamasında yakalanmasını sağlamak için yongalar ve paketlenmiş/birleştirilmiş parçalara yönelik test stratejisinin önceden geliştirilmesi gerekir.

Sonuç
Ölmeden ölmeye arayüzleri standartlaştırma fikri hızla benimseniyor ancak buna ulaşmanın yolu zaman, çaba ve birbirleriyle nadiren konuşan şirketler arasında çok fazla işbirliği gerektirecek. Bir araç yapmak, bir otomobil üreticisinin kararlılığını gerektirir. Chiplet'lerle bir araç oluşturmak, geliştiricilerin, dökümhanelerin, OSAT'ların ve malzeme ve ekipman tedarikçilerinin birlikte çalışmasını içeren eksiksiz bir ekosistem gerektirir.

Otomotiv OEM'leri sistemleri bir araya getirme ve maliyetleri düşürmenin yenilikçi yollarını bulma konusunda uzmandır. Ancak tasarım döngülerini kısaltmak, kişiselleştirmeyi geliştirmek ve ileri teknolojinin tamamen tasarlanıp test edildiğinde güncelliğini yitirmiş olabileceği bir dünyaya uyum sağlamak için birlikte çalışabilen yongalardan oluşan bir ekosistemi ne kadar hızlı ve etkili bir şekilde oluşturup kullanabilecekleri henüz bilinmiyor. ve tüketicilere sunulmaktadır.

— Ann Mutschler bu rapora katkıda bulunmuştur.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://semiengineering.com/why-chiplets-are-so-critical-in-automotive/