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小芯片標準旨在實現 “即插即用”

—— 這些標準雖屬必要,但尚不足以支撐成熟市場
作者: 時間:2026-04-17 來源: 收藏

核心要點

  • 裸片間(Chiplet)只是開端,成熟市場還需更多支撐

  • 多項相關已發布初版或正在制定中

  • 現有工作覆蓋封裝、系統架構、各類設計套件、通用鏈路層及Bunch of Wires(BoW)更新

當前(Chiplet)仍處于孤島式發展狀態。在同一封裝內,除高帶寬內存(HBM)外,所有裸片均來自同一家廠商,并由其全權管控。

要實現行業對小芯片(Chiplet)市場的愿景,需要更完善的體系支撐。若每家芯片企業都自行設計制造專屬小芯片,這種模式將無法落地。小芯片市場需要標準保障互操作性物理可組合性,因此行業正推進多項標準化工作,為通用小芯片鋪路。

小芯片間互聯已成為優先級最高的標準方向。西門子 EDA 與 Alphawave Semi 聯合網絡研討會中,西門子 EDA 3D-IC 封裝流程高級產品專家 Kendall Hiles 指出:部分最棘手的難題,在于實現小芯片間高效通信,以及管控布線與連接的復雜性。

芯片間互聯標準(如 BoW 與 UCIe)已解決這一核心問題,但要讓小芯片像樂高積木一樣,行業還需更多配套標準。

新思科技高速接口 IP 高級產品經理 Manuel Mota 表示:若要用通用小芯片搭建系統,大量互操作性問題至關重要,需要在數據接口之上定義所有層級規范。

更多標準已落地或在研,覆蓋從封裝描述到系統架構的全維度。這些標準將助力打通通用小芯片市場,讓系統設計者可從不同廠商目錄中挑選小芯片,組合成創新方案。標準無法確保市場成功,但缺失標準幾乎注定市場失敗。

市場需要哪些標準?

標準覆蓋范圍極廣,不同專家清單略有差異,但核心需求一致。新思科技產品管理總監 Rob Kruger 整理了市場成功所需的標準清單:

  1. 系統架構

    • 地址映射規范

    • 控制、管理與中斷語義

    • 發現與能力枚舉機制

  2. 安全與可信

    • 小芯片身份與來源

    • 信任根(RoT)架構

    • 密鑰管理與數據保護

  3. 啟動與生命周期協同

    • 啟動與初始化時序

    • 上電復位、喚醒時序與狀態切換

    • 定義兼容等級

  4. 供電與電源完整性

    • 定義供電接口

    • 供電能力通告與協商

    • 電源完整性與瞬態響應指標

    • 熱功耗協同設計約束

    • 故障檢測與保護機制

  5. 數據語義與協議使用

    • 協議使用配置文件

    • 應用專屬數據語義

    • 調試、可觀測性與錯誤上報規范

  6. 物理布局、凸點幾何與封裝

    • 裸片間接口布局與鄰接規則

    • 通道數與拓撲指南

    • 凸點圖對齊與互聯幾何

    • 封裝適配的信號完整性、電源完整性與良率約束

  7. 多裸片測試、 Known-Good-Die(KGD)標準與封裝內測試

    • KGD 定義

    • 裸片間接口與結構測試

    • 封裝后測試

  8. 應用 / 領域專屬使用配置

    • 系統總功耗預算

    • 局部與全局功耗密度上限

    • 散熱與可靠性預期

    • 性能確定性與延遲邊界

  9. 生態合規與治理

    • 嚴格合規要求

    • 明確的認證與互操作測試計劃

    • 成熟的多廠商互操作生態

Chipletz 首席架構師兼產品副總裁 Mike Alfano 表示:更廣泛的標準提案最終將有助于設計工具對小芯片分類與落地,但近期落地的架構考量更關鍵。例如 UCIe 已開始提供互聯物理層框架,聚焦物理層的廠商對小芯片普及至關重要。

多數標準推進工作由 ** 開放計算項目(OCP)** 主導。該組織并非從零創建標準,常與 JEDEC、IEEE 等標準組織協作,推動功能落地并背書特定標準。

OCP 開放小芯片經濟工作組項目聯合負責人 Anu Ramamurthy 在 2026 小芯片峰會上指出:真正的互操作性遠不止物理線路連通,而是從物理層到軟件的完整生態,將系統中所有分立裸片視為單一整體。OCP 正從更全局視角推進,不只是線路,還要打通固件全棧通信。

封裝層面標準化

JEDEC 數十年來持續制定封裝標準,JESD-030以 XML 格式定義封裝特性。OCP 與 JEDEC 合作,將小芯片數據交換方案 CDXML 納入標準,最新版JESD-030O已包含該內容。

Ramamurthy 表示:我們與 JEDEC 共同建立了小芯片描述體系,覆蓋物理、電氣、裝配、封裝、材料全維度。

該標準明確以下要素規范:

  • 封裝材料、特性、外形、間距、安裝指引

  • 引腳位置、數量、類型、尺寸、形狀、間距

  • 焊盤布局建議(多數匹配封裝標準)

  • 特殊裝配需求的 “footprint 層” 規范(禁布區、掩模層、平面間隙)

這為 EDA 布局與驗證工具提供全自動所需信息。傳統 JESD-030 已具備此能力,但先進封裝異構集成帶來新復雜度,更新后的標準補充了必要細節。

JESD-030O 于去年 2 月發布,需會員權限訪問。

小芯片系統架構標準化

另一項工作將 Arm 捐贈給 OCP 的 CSA 架構,升級為指令集無關的基礎小芯片系統架構(FCSA),實現小芯片模塊化組合與互操作定義。

Alphawave Semi 首席產品營銷經理 Archana Cheruliyil 在研討會中表示:小芯片不只是封裝趨勢,正成為支撐算力擴展、功耗管理、專用功能交付的架構基礎。

小芯片應用比軟 IP 更嚴苛,每個小芯片需具備傳統大型芯片才有的基礎模塊。

楷登電子高級產品營銷總監 Mick Posner 指出:啟動、調試、安全等基礎能力是附加功能,本質上讓小芯片成為微型片上系統(SoC)。

該規范定義三級合規等級,低等級(Level 0/1)無高階動機,多數規則按等級標注,低等級要求需在高等級全部滿足,最高等級為完全合規。

規范定義兩種系統配置:計算 + 中心型計算瓦片型。核心差異:前者由中心小芯片提供系統主存、緩存、I/O;后者由一個或多個計算小芯片提供。由此定義兩類計算小芯片。

規范還定義多種小芯片類型:計算(兩類)、中心、全相干擴展(兩類)、I/O、I/O 相干擴展(三類)、I/O 控制器,明確連接規則、內存 / MMU 處理、中斷 / 安全 / 調試邏輯。

規范詳細定義小芯片接口與實現方式,同時支持 UCIe 與 BoW

FCSA 1.0.0 版于今年 2 月生效。OCP 首席創新官 Cliff Grossner 在小芯片峰會上表示:所有人都可在貢獻數據庫下載,這是長期發展的起點。

設計套件標準化

與工藝設計套件(PDK)、裝配設計套件(ADK/PADK)類似,** 小芯片設計套件(CDK)** 正在定義。CDK 與其他套件的關系尚不明確,2026 小芯片峰會稱其包含子套件,OCP 文檔則將其與其他套件并列 —— 后者更合理,因小芯片非封裝,ADK 等不屬小芯片描述,而是配套使用。

各類設計套件包括:

  • CDXML 文件(JESD030)

  • 裝配設計套件(ADK/PADK)

  • 材料設計套件(MDK)

  • 封裝測試設計套件(PTDK/TDK)

  • 封裝設計規則手冊(DRM)

  • 信號 / 電源完整性設計套件(SI/PI,含于 CDXML)

除 JEDEC 標準外,其余均以白皮書形式發布(2025 年 1 月 1.0 版公開),效力接近標準:

  • ADK:定義封裝裝配公差、層、幾何、焊盤、基準點等規則

  • MDK:定義封裝基板、中介層、重布線層、3D 堆疊的關鍵材料特性

  • PTDK:定義測試結構與流程,以 XML schema 定義焊盤、測試模式、專用測試引腳等

裸片間互聯標準更新

過去一年小芯片互聯進展多聚焦 UCIe,BoW 也迎來兩項關鍵更新:

  1. BoW Memory:定義直接內存接口,支撐高帶寬、低延遲內存訪問

  2. BoW Flexi:放寬 BoW 2.0 部分要求,面向低成本、低性能系統

Ramamurthy 解釋:若需要低延遲、低功耗、輕量、小面積接口,且帶寬非核心限制,BoW Flexi 是最優選擇,面向約 4Gbps 速率的簡易低成本封裝。

主流 BoW 面向先進封裝高性能場景,BoW Flexi 計劃年底發布,降低簡易系統設計門檻。

此外,OCP 推出通用鏈路層,與 UCIe 高階層邏輯一致。Ramamurthy 表示:它與物理層無關,可搭載于 BoW 或 UCIe 物理層之上,只要遵循格式,即可與協議層通信。

破除市場壁壘

這些標準將解決阻礙小芯片市場的多項技術難題。多數內容并非全新,而是將行業實踐系統化,替代各家自研方案。

后續關鍵問題是:廠商能否快速便捷地用這些標準驗證通用小芯片可行性。即便標準完善,行業是否全面接納仍未可知,實際與經濟層面顧慮仍存,市場落地絕非一帆風順,但已比過去更進一步。



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