什麼是Chiplet

晶片組（chiplet）是半導體裝置的一小部分，它在更大的電路系統中執行單一功能。傳統晶片是一體成型的，而晶片組則由多個獨立部件組成，每個晶片組都針對特定任務而設計，並組合在一起構成更強大、更完善的系統。晶片組技術之所以重要，是因為它有助於提升電子設備的性能，並簡化大型系統的建置。晶片組在市場上正變得越來越受歡迎。2023年，全球晶片組市場規模為5.3億美元，預計2029年將成長至42.8億美元。

• 到2029年，市場每年可能成長41.9%。

• 到2035年，其價值可能達到1780.9億美元。這表明小晶片在未來將非常重要。

關鍵要點

• 晶片是為特定用途而設計的小型半導體零件。它們有助於建構模組化和靈活的系統。

• 使用小晶片可以大幅降低成本並提升效能。您可以升級部件而無需更改整個系統。

• 晶片市場正在快速成長，預計到2029年將達到42.8億美元。這顯示晶片在技術領域的重要性日益凸顯。

• Chiplet 系統提供了設計彈性。使用者可以混合搭配各個部件，以滿足自己的需求。

• 像 UCIe 這樣的標準可以幫助不同製造商的晶片相互通訊。這使得它們能夠協同工作，並促進新創意的誕生。

Chiplet基礎知識

模組化設計

晶片片是為一項任務而製造的小部件。每個晶片片都負責處理資料或儲存資料。公司生產晶片片是為了方便組裝。這與普通晶片的工作原理不同。普通晶片將所有功能整合在一個晶片上。

• Chiplet架構採用單獨製造的小工具，然後將它們連接在一起。

• 單晶片將所有工作集中在一塊晶片上，靈活性較差，升級也較困難。

• 基於晶片的系統讓您可以根據需要選擇不同的晶片。

• 較小的晶片成本較低，因為它們的錯誤較少，合格品較多。

• Chiplets可讓系統輕鬆快速地擴展和更改，因此您無需從頭開始。

Chiplet 系統採用成熟的設計。您可以將舊的 Chiplet 添加到新產品中。這既能節省成本，又能幫助公司更快完成產品開發。

下表說明了模組化晶片設計的優點：

企業優勢	產品說明
設計靈活性	您可以選擇適合您需求的零件，因此您不需要特殊的設計。
成本效益	小晶片的問題更少，好晶片更多，因此您可以節省資金。
性能優化	晶片組可以使用不同的方法來改進每個部分。
加快上市時間	現成的晶片可以幫助您更快完成產品。
對環境造成的影響	小晶片使用的材料較少，因此製造它們對地球更有利。

整合方法

你可以用不同的方式將晶片組合在一起。這些方式可以幫助晶片作為一個系統運作。

積分法	產品說明
2.5D集成	將小晶片彼此相鄰地放置在稱為中介層的共享基座上。
3D集成	將晶片堆疊在一起，以獲得更快的速度和更緊密的連接。

通用晶片互連高速（UCIe）標準允許不同製造商生產的晶片相互通訊。 UCIe有助於連接在不同地點、採用不同方法製造的晶片。

許多規則規定了 Chiplet 如何發送資料和相互通訊。這些規則確保來自不同公司的 Chiplet 能夠在同一個系統中協同工作。這使得 Chiplet 技術更容易被所有人使用。

Chiplet 的作用

電子學中的函數

晶片組廣泛應用於現代電子產品。每個晶片組都是一個更大系統的一部分。不同的晶片組承擔不同的功能。有些晶片組充當中央處理器 (CPU)，執行基本任務；有些晶片組充當圖形處理器 (GPU)，處理圖形或同時執行多個任務；記憶體晶片組可協助您快速擷取資料；I/O 晶片組可讓您的裝置與其他裝置連線。

下表解釋了每種晶片類型在半導體系統中的作用：

晶片類型	功能說明
CPU 晶片	處理通用處理任務。
GPU 晶片	管理圖形和平行計算任務。
記憶體小晶片	提供高速記憶體存取。
I/O 晶片	管理輸入/輸出操作。

您可以根據自身需求選擇不同的晶片組來建構系統。這種設計允許您為每項任務選擇最佳的晶片組。升級無需製造新的晶片，只需更換晶片組即可。

提示：UCIe 等高速互連技術可讓晶片快速分享數據，並降低功耗。這有助於您的設備更有效率地運行，並節省能源。

對性能的影響

使用 Chiplet 可以提高速度並提供更多選擇。每個 Chiplet 都可以採用最新工藝，確保每個零件都能發揮最佳效能。您也可以使用來自不同公司或具有特殊功能的 Chiplet。這有助於您建立最適合自己的系統。

Chiplet 讓裝置升級或更換變得簡單。如果您需要更多記憶體或更快的顯示卡，只需添加或更換 Chiplet 即可。無需建構全新的系統。這既節省時間又節省成本。

以下是小晶片幫助提高性能和靈活性的一些方法：

• 您可以為每個晶片採用最佳工藝，從而使您的設備速度更快、能耗更低。

• 您可以升級一個部分，而不必更改所有內容。

• 您可以為特殊用途（例如遊戲或資料中心）自訂系統。

晶片組也有助於降低成本。晶片組越小，問題就越少，每個晶圓上能容納的零件就越多。這使得建造複雜設備的成本更低。

注意：隨著科技的進步，Chiplet 可以幫助您跟上時代的腳步。您可以在舊系統中使用新的 Chiplet，這樣您就不會落後。

Chiplet 的優勢

靈活性

Chiplet 可以幫助您建立滿足您需求的系統。您可以為每項任務選擇不同的 Chiplet。這樣，您無需每次都製造新的半導體。您只需選擇最適合該任務的 Chiplet 即可。這使得為遊戲、數據中心或手機等特殊設備製造晶片變得非常簡單。

• 製造商可以將小晶片組合在一起以完成特殊任務。

• 您可以使用已經有效的設計，從而節省金錢和時間。

• 每個小晶片都做一件事，因此您的系統運作得更好。

提示：透過更換一個零件，Chiplet 可讓您快速升級或更換裝置。

可擴展性

Chiplet 系統讓您可以根據需要擴展技術。您可以添加更多 Chiplet，或將其替換為更好的 Chiplet。您無需重建整個系統。與舊設計相比，這更容易擴展系統規模。

因子	產品說明
模塊化	將大型設計分解成小的、獨立的部分，以便您可以輕鬆地更改和擴展它們。
靈活性	讓您使用和混合小晶片來快速滿足多種需求。
成本效益	混合使用不同的晶片組以平衡速度和成本。

Chiplet 的可擴充性已應用於眾多領域。超級電腦使用 Chiplet 來提升效能。資料中心使用模組化晶片來提升效能。如今，手機已將 AI 和感測器整合到自己的 Chiplet 中。汽車使用特殊晶片來提升安全性和智慧性。 AI 硬體使用特殊且常規的 Chiplet 來加快學習速度。

成本效益

Chiplet 可以在許多方面幫您省錢。小 Chiplet 的問題更少，因此您可以從每個晶圓中獲得更多優質部件。您也可以從不同的地方購買 Chiplet，從而找到更優惠的價格，避免缺貨。

方面	產品說明
模組化設計	採用小型特殊晶片，以獲得更好的效果和更低的成本。
提高產量	小晶片的問題較少，因此製造成本較低。
靈活製造	讓您為不同的產品混合使用晶片，這樣您就可以更快地交付並更好地保持庫存。
先進封裝	使用新方法連接小晶片，因此系統更小、更便宜。
供應鏈優化	允許您從多個地方購買晶片，從而降低風險和成本。

注意：Chiplet 可以幫助您更快、更便宜地生產新產品，讓您的業務做得更好。

Chiplet 挑戰

技術限制

模組化半導體系統有許多技術限制，這些限制會延緩發展進程，也會增加設計難度。其中一個主要問題是晶片的連接方式。為了實現快速數據共享，需要大量的連接。然而，印刷電路板每平方公分只能容納大約400個連接。翹曲和焊盤間距等因素使得增加連接變得更加困難。安全性是另一個問題。使用不同供應商的元件會為駭客帶來更多攻擊途徑。必須對每個元件進行檢查以確保安全。此外，混用晶片也增加了設計的難度，可能導致錯誤或隱藏問題。

下表顯示了主要的技術限制：

限制類型	產品說明
互連密度	PCB 系統難以進行大量連接。由於翹曲和焊點空間問題，每平方公分只能容納 400 個連接。
安全漏洞	使用來自不同供應商的晶片會讓駭客更容易攻擊。晶片數量越多，入侵點就越多。
協同設計的複雜性	將不同的晶片組合在一起會使設計變得更加困難。這可能會導致錯誤，或讓壞電路潛入。

頻寬和延遲也會影響系統的運作效能。晶片組會消耗能量，並且在相互通訊時有時會遇到延遲。老舊的封裝基板會遇到“頻寬瓶頸”，從而降低速度。跨越晶片組邊界會增加延遲，這會影響設備的運作速度。記憶體密集型任務的運行速度可能會降低 15% 到 40%。

注意：使用模組化零件時，必須做好規劃，以避免速度變慢和安全風險。

製造問題

製造模組化半導體系統帶來了新的問題。每個晶片都可能有缺陷，從而降低良率。將多個晶片組裝在一起會增加出現問題的幾率。組裝過程中的錯位和熱量會導致缺陷。熱量不均勻會降低某些部件的可靠性。低良率還會增加生產成本。

您需要新的步驟將晶片連接到基板上。生產時間更長，難度也更大。您必須使用智慧規劃工具來保持高品質並按時交付。

以下是一些常見的製造問題：

• 由於缺陷，每個晶片的產量都會損失。

• 組裝過程中因錯位和熱而導致的缺陷。

• 晶片越多，產量損失的可能性就越大。

• 熱不均勻會影響可靠性。

• 產量低會導致生產成本增加。

• 將晶片連接到基板上需要新的步驟。

• 生產時間更長，調度更困難。

• 需要智慧規劃工具來維持良好的品質和交付。

您可能想知道成品率有何不同。下表顯示了整體式設計和模組化設計之間的差異：

設計方法	生產成本	產量
整體設計	更高	降低
基於晶片的設計	降低	更高

提示：模組化設計可以降低成本並提高產量。但您必須處理更多生產步驟，並承擔更多風險。

Chiplet 與傳統晶片

主要差異

當你觀察SOC和傳統晶片時，你會注意到它們的建造和使用方式發生了巨大的變化。 SOC的意思是「系統單晶片」。它將所有部件整合在一塊大的矽片上。這使得所有部件緊密連接，易於測試。 SOC運轉速度更快，功耗更低。但是，製造SOC的成本更高，而且很難更改或升級。

基於 Chiplet 的系統使用許多小工具。這些部件透過特殊封裝連接在一起。這樣，您可以使用來自不同公司的零件。您可以根據需要只升級其中一個部件，而無需更換整個系統。小部件也更容易出現問題，節省成本。

下表列出了主要區別：

獨特之處	SoC架構	Chiplet 架構
性能	由於緊密整合而高	由於互連開銷略低
電源效率	針對低功耗進行了最佳化	由於互連，可能會消耗更多電力
製造成本	由於單晶片較大，因此成本較高	由於採用模組化小模具，因此成本更低
可擴展性	受晶片尺寸和複雜性的限制	高度可擴展，模組化升級
定製	已修復，更難修改	靈活、混合搭配，可客製化
測試複雜性	更簡單，只要一個模具	更複雜，多個部分

利與弊

在選擇之前，了解每種類型的優缺點非常重要。 SoC 速度很快，而且易於測試。當你想把所有功能都整合到一塊晶片上時，SoC 是個不錯的選擇。但是，SoC 價格更高，而且升級困難。

基於晶片組的系統更靈活、成本更低。你可以使用多家公司的組件，並且只升級所需的部分。更小的組件意味著你可以使用更多可用的晶片。但是，連接所有組件並保持其散熱可能會比較困難。

下表列出了優點和缺點：

特點/優勢	系統芯片	基於Chiplet的系統
性能	高	克服了一些限制，但可能會有開銷
價格	由於晶片較大，因此更高	由於模組化設計而更低
靈活性	彈性較差，設計固定	高度靈活，易於定制
可擴展性	有限	易於擴展和升級
設計方法	整體式，需要完全重新設計	模組化，可升級
組裝過程	單一大模具	互連的較小晶片
定製	限一家供應商	來自多家供應商的混搭

注意：基於 Chiplet 的系統連接和散熱可能比較棘手。您需要事先規劃這些問題，才能獲得最佳效果。

你可以看到模組化部件如何改變了電子產品。公司使用更小巧、更特殊的零件來製造易於更換的系統。這種方式有助於節省成本，並提高設備的效能。大型公司投入大量資金來改善這些系統。

「這種變化不僅僅關乎新技術，它還有助於開啟許多領域湧現偉大思想的新時代。”

未來趨勢	影響性
模組化架構	易於改變和發展的設計
降低成本	製造成本更低，優質零件更多
性能與效率	速度更快、能耗更低的設備

隨著這些趨勢的不斷發展，新電腦將變得更加強大並且更容易更換。

常見問題

使用小晶片的主要優勢是什麼？

您可以自由組合不同的晶片組來建立客製化系統。這不僅能讓您擁有更大的彈性，還能幫助您更快升級或維修設備。此外，由於您只需使用所需的零件，因此還能節省成本。

可以一起使用不同公司的晶片嗎？

是的，您可以使用不同公司的 Chiplet。 UCIe 等標準有助於 Chiplet 之間相互通訊。這讓您可以為專案選擇最合適的 Chiplet。

小晶片能讓設備運作得更快嗎？

晶片可以提升設備速度。您可以為每項任務使用最新的晶片。這有助於您的系統更有效率地運行，並降低能耗。

基於小晶片的系統是否更難設計？

您可能會發現基於晶片組的系統設計更難。您需要連接許多小型組件。這需要仔細的規劃和測試。

小晶片會取代傳統晶片嗎？

Chiplet 晶片不會很快取代所有傳統晶片。你會看到更多設備使用 Chiplet 晶片來提高靈活性並節省成本。一些簡單的設備可能仍在使用常規晶片。