Käisime Chiplet Summit 2026 konverentsil, et saada ülevaade chiplet-tehnoloogia viimastest arengutest ning hinnata nende tähtsust Eesti kiibivaldkonna oskuste arendamisel ja tulevastes rakendustes.
Chiplet Summit toob kokku chiplet-tehnoloogia arendajad, ettevõtted ja valdkonna eksperdid ning annab hea ülevaate sellest, kuhu valdkond liigub. Tänavustest ettekannetest ja aruteludest jäid kõlama eelkõige kiipidevahelise andmeside kasvav tähtsus, D2D-ühenduste testimise keerukus, uute pakendamistehnoloogiate roll ning standardite areng.
Kiipidevaheline andmeside piirab üha enam süsteemi jõudlust
Konverentsil kordus eri ettekannetes üks sõnum: arvutusvõimsus kasvab kiiremini kui võimalused andmeid kiipide vahel ja pakendist välja edastada. Kiipidevaheline ühendus ehk D2D (die-to-die) on seetõttu muutumas süsteemi jõudlust piiravaks teguriks.
Probleemi ulatust näitavad tehisintellekti andmekeskuste arenguprognoosid. Ühes ettekandes hinnati AI-andmekeskuste protsessorite ja võrgulahenduste turu mahuks 2024. aastal ligikaudu 160–210 miljardit dollarit ning 2030. aastaks 420–585 miljardit dollarit. Samal ajal prognoositi nende energiavajaduse kasvu ligikaudu 60 gigavatilt 240 gigavatini. Andmekeskuste laienemist ei piira seega enam üksnes nõudlus arvutusvõimsuse järele, vaid üha enam ka energiavarustus ja süsteemitasandil ühendused.
Korea AI-kiirendite arendaja Rebellions näitas, kui kaugele on mitmest kiibist koosnevad lahendused juba jõudnud. Ettevõtte Rebel 100 ühendab ühes 2,5D-pakendis neli NPU-d, mille vahel võimaldavad UCIe-Advanced ühendused täisdupleksis andmeedastuskiirust 1 TB/s. Näide kinnitab, et chiplet-arhitektuurid ei ole enam üksnes maailma suurimate tehnoloogiaettevõtete pärusmaa.
Teist võimalikku arengusuunda tutvustas Lightmatter, kes näitas 3D-integreeritud fotoonilisi ühendusi. Ettekandes tutvustatud lahenduse summaarne andmeedastuskiirus võiks ulatuda ligikaudu 100 Tb/s-ni ühe pakendi kohta. Fotooniliste ühenduste kasutuselevõtu ajakava suhtes tasub jääda ettevaatlikuks, kuid elektriliste D2D-ühenduste praegune areng selliste kiirusteni ei küüni.
Praktiline järeldus on, et mitmest kiibist koosneva süsteemi arhitektuuri kavandamisel tuleb lähtuda ühenduste andmeedastusvajadusest ning kujundada ülejäänud süsteem selle järgi, mitte vastupidi.
D2D-ühenduste kontrollimisel kasvab simulatsiooni ja emulatsiooni tähtsus
Chiplet-arhitektuur muudab keerukamaks ka ühenduste testimise ja kontrollimise. UCIe 2.0 käsitlustes tõsteti esile, et kiipide ühendamiseks kasutatavaid mikrokontakte (micro-bumps) ei saa mõõtesondiga otse kontrollida. Testimiseks tuleb seetõttu kasutada teisi ühendusi, näiteks JTAGi või UCIe külgkanalit. Kui chiplet’il puudub otsene ühendus pakendi kontaktidega, võib sellele ligi pääseda naaberkiibi kaudu.
Konverentsil käsitleti korduvalt ka kiipi sisseehitatud enesetesti (BIST, built-in self-test) ning simulatsiooni ja emulatsiooni rolli. Uute pakendamistehnoloogiate kõrge hinna ja pika teostusaja tõttu ei ole mõistlik valmistada füüsilisi pakendeid üksnes D2D-ühenduste testimiseks. Võimalikult suur osa kontrollist ja süsteemi käivitamise ettevalmistusest tuleb teha enne kiibi valmimist.
Oluline on ka soojuskäitumine. Kui kiipe paigutatakse vertikaalselt üksteise peale, ei ole soojuse juhtimine enam pelgalt üks projekteerimisülesanne, vaid mõjutab kogu süsteemi arhitektuuri. Siemens EDA tutvustatud 3D-kiipide projekteerimisvoog näitas, kui palju tuleb sellise süsteemi kavandamisel korraga arvesse võtta: soojus- ja mehaanilisi pingeid, testitavust, fotoonika paigutust ning mehaanilist koosprojekteerimist.
Standardid on olulised, kuid kohandatud lahendused domineerivad veel
UCIe on kujunenud chiplet’ide D2D-andmeside peamiseks standardiks, kuid konverentsil jäi kõlama, et tipptasemel lahendustes ei piisa praegu veel üksnes standardi järgimisest. Konkreetse toote vajaduste järgi kohandatakse liidest, kontaktide paigutust (bump map), füüsilist liidesekihti (PHY) ja pakendit.
Seda näitas Qualcommi chiplet-arhitektuuride ülevaade, kus elektriliste ja optiliste I/O-chiplet’ide kõrval olid kohandatud I/O-chiplet ning laiendatud UCIe 2D/3D lahendused.
See mõjutab ka Open Chiplet Marketplace’i ideed, mille järgi võiks tulevikus valida eri tootjate ühilduvaid chiplet’e ja ühendada need üheks süsteemiks. Open Compute Project töötab selle eesmärgi nimel, kuid elektrilise liidese standardist üksi ei piisa. Ühilduma peavad ka kontaktide paigutus, testimine, soojusomadused ja mehaanilised liidesed.
Avatud chiplet-turgu tasub seega jälgida, kuid praegu nõuab eri tootjate komponentide ühendamine veel märkimisväärset kohandamist.
Uued pakendamistehnoloogiad on Euroopa jaoks strateegiline võimalus
Üks olulisemaid järeldusi puudutab uuendatud pakendamistehnoloogiaid (advanced packaging) ehk tehnoloogiaid, millega eri kiibid ühendatakse ühes pakendis terviklikuks süsteemiks. Konverentsil tutvustatud tipptasemel pakendamistehnoloogiad koondusid peamiselt kolme ettevõtte ümber: TSMC SoIC- ja CoWoS-lahendustega, Intel Foverose ja EMIBiga ning Samsung X-Cube’i, SAINTi ja I-Cube’iga.
Tipptasemel pakendamise tehnoloogia, tootmisvõimalused ja oskusteave on seega koondunud väheste ettevõtete kätte, mis annab neile kogu väärtusahelas olulise positsiooni.
Euroopa kiibivaldkonna arendamisel on oluline mõista, milliste tootmisprotsessidega kiipe valmistatakse ning millised võimalused on nende ühendamiseks terviklikeks süsteemideks. Seetõttu väärivad uued pakendamise võimalused ja oskused Euroopas senisest suuremat tähelepanu.
Chiplet-tehnoloogial võib olla potentsiaali ka meditsiiniseadmetes
Chiplet Summit keskendus suuresti AI-kiirenditele ja andmekeskustele. Konverentsil esitatud 2023.–2024. aasta chiplet-põhiste disainide ülevaates moodustasid andmekeskuste AI-lahendused 30%, servtöötlus 22%, autotööstus 18%, kõrgjõudlusega andmetöötlus 15% ja tarbijalahendused 12%. Meditsiinirakendusi selles jaotuses ei olnud.
Chiplet-arhitektuuri modulaarsest ülesehitusest võib aga olla kasu ka väga väikese energiatarbega seadmetes. Kantav meditsiiniseade vajab näiteks segasignaaliliidest, võimalikult väikese energiatarbega arvutusvõimekust, raadiosidet ja andureid. Mõne anduri jaoks võib digitaalsest CMOS-tehnoloogiast paremini sobida teine tootmisprotsess, näiteks optilise biosensori puhul fotoonika.
Praegu saab need funktsioonid koondada kompromisse nõudvasse süsteemikiipi (SoC) või kasutada trükkplaadil mitut eraldi komponenti. Chiplet-arhitektuur võimaldaks aga ühendada ühte pakendisse eri tehnoloogiatega valmistatud kiibid, näiteks segasignaalikiibi, ülimadala energiatarbega arvutuskiibi, sidekiibi ning CMOS- või fotoonilise andurikiibi.
Selline eri tehnoloogiatega valmistatud kiipide ühendamine üheks süsteemiks ehk heterogeenne integratsioon on üks chiplet-tehnoloogia võimalusi. Meditsiinilised kantavad seadmed konverentsil sisuliselt tähelepanu ei saanud, mistõttu näeme siin huvitavat võimalust edasiseks uurimiseks.
Artikkel põhineb Eesti Kiibikeskuse programmijuhi Andres Melliku tähelepanekutel Chiplet Summit 2026 konverentsilt, mis toimus 17.–19. veebruaril Californias Santa Claras. Põhjalikumat ingliskeelset kokkuvõtet koos tehniliste näidete ja konverentsil tehtud fotodega saab lugeda KIIPi ingliskeelselt veebilehelt.