Chiplet: Masa Depan Desain Semikonduktor Modular
Dalam beberapa dekade terakhir, industri semikonduktor telah didorong oleh Hukum Moore, sebuah observasi bahwa jumlah transistor dalam sebuah integrated circuit (IC) akan berlipat ganda kira-kira setiap dua tahun, sambil menurunkan biaya. Hukum ini telah menjadi pendorong utama inovasi, memungkinkan perangkat yang lebih kecil, lebih cepat, dan lebih efisien. Namun, Hukum Moore kini menghadapi tantangan fisik dan ekonomi.
Seiring dengan semakin kecilnya transistor, biaya dan kompleksitas manufaktur chip tunggal yang besar (monolitik) meningkat secara eksponensial. Batas fisik juga mulai muncul, membuat semakin sulit untuk memeras lebih banyak transistor ke dalam ruang yang sama. Akibatnya, industri ini mencari pendekatan alternatif untuk desain dan manufaktur semikonduktor. Salah satu pendekatan yang menjanjikan adalah desain chiplet.
Apa itu Chiplet?
Chiplet adalah sirkuit terpadu kecil yang dirancang untuk saling berhubungan dan berfungsi sebagai satu komponen yang lebih besar. Alih-alih membuat satu chip monolitik besar yang berisi semua fungsionalitas yang diperlukan, desain chiplet memecah fungsionalitas menjadi beberapa chiplet yang lebih kecil dan terpisah. Chiplet ini kemudian dihubungkan bersama menggunakan interkoneksi canggih, seperti interposer atau teknologi pengemasan tingkat lanjut.
Bayangkan membangun sebuah rumah. Alih-alih membangun seluruh rumah dari awal di satu lokasi, Anda dapat membuat modul-modul terpisah seperti kamar tidur, kamar mandi, dan dapur di pabrik, lalu mengangkut dan menyatukannya di lokasi konstruksi. Chiplet bekerja dengan prinsip yang sama, memungkinkan modularitas, fleksibilitas, dan efisiensi biaya yang lebih besar.
Manfaat Desain Chiplet
Desain chiplet menawarkan beberapa manfaat dibandingkan desain monolitik tradisional:
Skalabilitas: Chiplet memungkinkan peningkatan skalabilitas karena chiplet dapat ditambahkan atau dihapus sesuai kebutuhan untuk memenuhi persyaratan kinerja tertentu. Ini memungkinkan produsen untuk dengan cepat menyesuaikan desain mereka untuk aplikasi yang berbeda tanpa harus mendesain ulang seluruh chip.
Fleksibilitas Desain: Dengan memecah desain menjadi chiplet yang lebih kecil, desainer memiliki fleksibilitas yang lebih besar dalam memilih proses manufaktur yang paling sesuai untuk setiap chiplet. Misalnya, chiplet analog dapat diproduksi menggunakan proses khusus yang dioptimalkan untuk kinerja analog, sedangkan chiplet digital dapat diproduksi menggunakan proses digital berkinerja tinggi.
Hasil dan Biaya: Chiplet dapat meningkatkan hasil dan mengurangi biaya. Chip monolitik yang besar lebih rentan terhadap cacat. Jika ada cacat pada chip monolitik, seluruh chip harus dibuang. Dengan chiplet, hanya chiplet yang rusak yang perlu dibuang, sehingga mengurangi biaya secara keseluruhan. Selain itu, chiplet yang lebih kecil lebih mudah diproduksi dengan hasil yang lebih tinggi, yang selanjutnya mengurangi biaya.
Waktu ke Pasar: Desain Chiplet dapat mempercepat waktu ke pasar. Dengan menggunakan kembali chiplet yang telah dirancang dan diuji sebelumnya, desainer dapat mengurangi waktu dan upaya yang diperlukan untuk mengembangkan produk baru. Ini sangat penting dalam pasar yang bergerak cepat di mana waktu ke pasar adalah hal yang penting.
Integrasi Heterogen: Chiplet memungkinkan integrasi heterogen, yaitu integrasi chiplet yang diproduksi menggunakan proses dan bahan yang berbeda. Ini memungkinkan desainer untuk menggabungkan keunggulan dari berbagai teknologi ke dalam satu paket. Misalnya, chiplet CPU berkinerja tinggi dapat diintegrasikan dengan chiplet memori bandwidth tinggi (HBM) untuk membuat sistem yang berkinerja tinggi dan efisien energi.
Tantangan Desain Chiplet
Meskipun desain chiplet menawarkan banyak manfaat, ada juga beberapa tantangan yang perlu diatasi:
Interkoneksi: Desain dan implementasi interkoneksi antara chiplet sangat penting. Interkoneksi harus berkinerja tinggi, hemat energi, dan andal. Mereka juga harus diskalakan untuk mendukung sejumlah besar chiplet.
Pengemasan: Pengemasan chiplet adalah tantangan yang signifikan. Chiplet harus dikemas sedemikian rupa sehingga dilindungi dari kerusakan lingkungan dan termal, dan interkoneksi antara chiplet harus dipertahankan. Teknologi pengemasan tingkat lanjut, seperti interposer dan pengemasan 2.5D/3D, digunakan untuk mengatasi tantangan ini.
Pengujian: Pengujian chiplet itu kompleks. Setiap chiplet harus diuji secara individual sebelum diintegrasikan ke dalam paket. Setelah chiplet diintegrasikan, seluruh paket harus diuji untuk memastikan bahwa semuanya berfungsi dengan benar.
Alat Desain: Alat desain untuk desain chiplet masih dalam pengembangan. Alat desain harus dapat mendukung desain, simulasi, dan verifikasi sistem chiplet yang kompleks.
Standarisasi: Standarisasi antarmuka dan protokol interkoneksi chiplet penting untuk memungkinkan ekosistem chiplet yang berkembang. Tanpa standarisasi, akan sulit bagi vendor yang berbeda untuk saling mengoperasikan chiplet.
Tren dan Aplikasi
Desain chiplet dengan cepat mendapatkan daya tarik di berbagai aplikasi, termasuk:
Komputasi Kinerja Tinggi (HPC): Chiplet digunakan dalam HPC untuk membuat prosesor dan akselerator yang berkinerja tinggi. Misalnya, AMD menggunakan desain chiplet di prosesor EPYC dan Ryzen mereka untuk meningkatkan skalabilitas dan kinerja.
Kecerdasan Buatan (AI): Chiplet digunakan dalam AI untuk membuat akselerator AI yang kuat. Misalnya, Intel menggunakan desain chiplet di akselerator Ponte Vecchio mereka untuk menyediakan kinerja tinggi untuk beban kerja AI.
Jaringan: Chiplet digunakan dalam jaringan untuk membuat sakelar dan router berkinerja tinggi. Misalnya, Broadcom menggunakan desain chiplet di sakelar Tomahawk mereka untuk memberikan bandwidth tinggi dan latensi rendah.
Otomotif: Chiplet digunakan di otomotif untuk membuat sistem canggih bantuan pengemudi (ADAS) dan sistem penggerak otonom. Chiplet memungkinkan integrasi berbagai fungsi, seperti pemrosesan sensor, kontrol, dan komunikasi, ke dalam satu paket.
Perangkat Seluler: Chiplet mulai digunakan dalam perangkat seluler untuk meningkatkan kinerja dan efisiensi energi. Misalnya, chiplet dapat digunakan untuk mengintegrasikan prosesor aplikasi, memori, dan konektivitas nirkabel ke dalam satu paket.
Masa Depan Chiplet
Desain chiplet diharapkan memainkan peran yang semakin penting dalam industri semikonduktor di tahun-tahun mendatang. Seiring dengan Hukum Moore yang terus melambat, chiplet akan menjadi pendekatan yang semakin penting untuk mencapai kinerja dan fungsionalitas yang lebih tinggi. Kemajuan dalam teknologi interkoneksi, pengemasan, dan alat desain akan semakin mendorong adopsi chiplet.
Selain itu, pertumbuhan ekosistem chiplet akan menyebabkan standarisasi yang lebih besar dan interoperabilitas, membuat lebih mudah bagi perusahaan untuk mendesain dan memproduksi sistem berbasis chiplet. Ini akan membuka peluang baru untuk inovasi dan memungkinkan pengembangan produk baru di berbagai industri.
Kesimpulan
Desain chiplet adalah pendekatan yang menjanjikan untuk desain dan manufaktur semikonduktor yang menawarkan beberapa manfaat dibandingkan desain monolitik tradisional. Chiplet memungkinkan skalabilitas, fleksibilitas desain, peningkatan hasil, dan integrasi heterogen. Meskipun ada tantangan yang terkait dengan desain chiplet, mereka secara aktif ditangani oleh para peneliti dan insinyur. Seiring dengan terus meningkatnya permintaan akan perangkat yang lebih berkinerja tinggi dan efisien energi, desain chiplet diperkirakan akan menjadi semakin penting di masa depan industri semikonduktor.
