I chiplet sfacciati incontrano i Super NoC

Feb 14, 2024

Clive 'Max' Maxfield | 22 agosto 2023

Recentemente ho notato sempre più attività sul fronte dei chiplet (più dadi di silicio su un substrato comune). Molti dei grandi player utilizzano da qualche tempo implementazioni proprietarie interne, ma le cose sembrano muoversi in modo tale che, in un futuro non così lontano, tutti potranno unirsi al divertimento.

Prima di buttarci a capofitto nella mischia con gusto e abbandono (e disinvoltura, ovviamente), potrebbe essere utile definire alcuni termini per assicurarci che stiamo tutti ballando il tip tap al ritmo della stessa cornamusa.

Cominciamo dall'inizio con il circuito integrato (IC), che si riferisce a un circuito formato da un insieme di componenti (transistor, resistori, ecc.) implementati su un piccolo pezzo piatto di materiale semiconduttore. Sebbene sia possibile utilizzare una varietà di semiconduttori, il silicio è il più comune, quindi questi dispositivi vengono genericamente definiti "chip di silicio".

L'espressione circuito integrato monolitico viene spesso utilizzata per riflettere ed enfatizzare il fatto che tutto è implementato su un unico pezzo di silicio solido e senza giunture, distinguendo così questi circuiti dai loro predecessori, che sono stati creati utilizzando raccolte di componenti discreti (confezionati singolarmente).

I circuiti integrati possono essere di natura analogica, digitale o a segnale misto (sia analogico che digitale). Non menzionerò i dispositivi a radiofrequenza (RF) perché il solo pensiero di cosa serva per progettarne uno mi fa venire il mal di testa.

I termini ASIC, ASSP e SoC sono spesso fonte di confusione per gli incauti. Come ho scritto nel mio libro Bebop to the Boolean Boogie: An Unconventional Guide to Electronics (che io stesso uso spesso come riferimento): "In generale, un circuito integrato specifico per l'applicazione (ASIC) è un componente progettato da e/o o utilizzato da una singola azienda in un sistema specifico. In confronto, un prodotto standard specifico per l'applicazione (ASSP) è un dispositivo per scopi più generici creato utilizzando strumenti e tecnologie ASIC, ma destinato all'uso da parte di più società di progettazione di sistemi . Nel frattempo, un System-on-Chip (SoC) è un ASIC o ASSP che agisce come un intero sottosistema comprendente uno o più processori, memoria, periferiche, logica personalizzata e così via."

Ci sono molte cose degne di nota qui. Quando sentono i termini ASIC e ASSP, la reazione istintiva di molte persone è quella di pensare ai dispositivi digitali, ma è perché queste persone provengono dal dominio digitale. I progettisti analogici potrebbero benissimo considerare le loro creazioni puramente analogiche come ASIC e ASSP. Anche gli appassionati dell'analogico amano dire che il digitale è un sottoinsieme dell'analogico, il che spiega perché non hanno molti amici e tendono a finire da soli in un angolo alle feste. Detto questo, anche i dispositivi “puramente digitali” contenenti quantità sbalorditive di funzioni digitali includeranno quasi invariabilmente una manciata di elementi analogici per monitorare cose come tensione e temperatura, insieme ad alcune funzioni analogiche più grandi come i circuiti ad aggancio di fase (PLL).

Intorno agli anni '70, era comune avere solo piccole quantità di logica digitale implementata in un circuito integrato (penso ai dispositivi della serie 7400 di Texas Instruments e ai componenti della serie 4000 di RCA). A quei tempi i circuiti stampati (PCB) potevano contenere centinaia di questi componenti. Nel corso del tempo, siamo passati ad avere meno dispositivi, ciascuno contenente più funzioni digitali.

Ogni processo di semiconduttore prevede regole sulla dimensione minima delle strutture che possono essere fabbricate sul chip. Ogni processo di nuova generazione è noto come nodo tecnologico o nodo di processo, designato dalla dimensione minima delle funzionalità che può essere ottenuta da quel processo (sto semplificando le cose, ma sono sicuro che tu abbia capito il concetto). Storicamente, queste dimensioni delle caratteristiche (quindi i nodi del processo) erano specificate in milionesimi di metro (micrometri o µm). I primi ASIC che ho progettato intorno al 1980 erano dispositivi Toshiba implementati nel nodo da 5 µm. Oggigiorno i nodi di processo vengono specificati in miliardesimi di metro (nanometri o nm).