Cosa sono i chiplet e perché sono così importanti per il futuro dei processori

Sebbene i chiplet siano in uso da decenni, sono stati impiegati con parsimonia e per scopi molto specifici. Oggi sono all'avanguardia dal punto di vista tecnologico e vengono utilizzati da milioni di persone in tutto il mondo nei PC desktop, nelle workstation e nei server.

Un leader del settore ha recentemente sfruttato i chiplet per riconquistare la propria posizione all'avanguardia nell'innovazione ed è chiaro che non passerà molto tempo prima che i chiplet diventino lo standard nel mondo dell'informatica. Quindi, siediti e scopri i chiplet e esattamente perché sono così importanti.

I chiplet sono processori segmentati. Invece di consolidare ogni parte in un singolo chip (noto come approccio monolitico), sezioni specifiche vengono prodotte come chip separati. Questi singoli chip vengono quindi montati insieme in un unico pacchetto utilizzando un complesso sistema di connessione.

Questa disposizione consente di ridurre le dimensioni delle parti che possono trarre vantaggio dai più recenti metodi di fabbricazione, migliorando l’efficienza del processo e consentendo loro di adattarsi a più componenti.

Le parti del chip che non possono essere ridotte in modo significativo o che non richiedono riduzione possono essere prodotte utilizzando metodi più vecchi ed economici.

Sebbene il processo di produzione di tali processori sia complesso, il costo complessivo è generalmente inferiore. Inoltre, offre alle aziende di trasformazione un percorso più gestibile per espandere la propria gamma di prodotti.

Per comprendere appieno il motivo per cui i produttori di processori si sono rivolti ai chiplet, dobbiamo prima approfondire come sono realizzati questi dispositivi. CPU e GPU iniziano la loro vita come grandi dischi realizzati in silicio ultrapuro, in genere poco meno di 300 mm (12 pollici) di diametro e 1 mm (0,04 pollici) di spessore.

Questo wafer di silicio viene sottoposto a una sequenza di passaggi complessi, che danno luogo a più strati di materiali diversi: isolanti, dielettrici e metalli. I motivi di questi strati vengono creati attraverso un processo chiamato fotolitografia, in cui la luce ultravioletta viene irradiata attraverso una versione ingrandita del motivo (una maschera) e successivamente ridotta tramite lenti alla dimensione richiesta.

Lo schema si ripete, a intervalli prestabiliti, su tutta la superficie del wafer e ognuno di questi alla fine diventerà un processore. Poiché i chip sono rettangolari e i wafer circolari, i motivi devono sovrapporsi al perimetro del disco. Queste parti sovrapposte vengono infine scartate poiché non funzionali.

Una volta completato, il wafer viene testato utilizzando una sonda applicata su ciascun chip. I risultati dell'esame elettrico informano gli ingegneri sulla qualità del processore rispetto a un lungo elenco di criteri. Questa fase iniziale, nota come chip binning, aiuta a determinare il "grado" del processore.

Ad esempio, se il chip è destinato a essere una CPU, ogni parte dovrebbe funzionare correttamente, operando entro un intervallo prestabilito di velocità di clock a una tensione specifica. Ciascuna sezione del wafer viene quindi classificata in base ai risultati dei test.

Al termine, il wafer viene tagliato in singoli pezzi, o "stampi", utilizzabili. Questi die vengono quindi montati su un substrato, simile a una scheda madre specializzata. Il processore viene sottoposto a un ulteriore imballaggio (ad esempio con uno spargitore di calore) prima di essere pronto per la distribuzione.

L’intera sequenza può richiedere settimane di produzione e aziende come TSMC e Samsung addebitano tariffe elevate per ciascun wafer, comprese tra 3.000 e 20.000 dollari a seconda del nodo di processo utilizzato.

"Nodo di processo" è il termine usato per descrivere l'intero sistema di fabbricazione. Storicamente prendevano il nome dalla lunghezza del gate del transistor. Tuttavia, poiché la tecnologia di produzione è migliorata e ha consentito componenti sempre più piccoli, la nomenclatura non ha più seguito alcun aspetto fisico dello stampo e ora è semplicemente uno strumento di marketing.

Tuttavia, ogni nuovo nodo di processo apporta vantaggi rispetto al suo predecessore. Potrebbe essere più economico da produrre, consumare meno energia alla stessa velocità di clock (o viceversa) o avere una densità maggiore. Quest'ultimo parametro misura quanti componenti possono rientrare in una determinata area dello stampo. Nel grafico seguente puoi vedere come si è evoluto questo aspetto nel corso degli anni per le GPU (i chip più grandi e complessi che troverai in un PC)...