芯片正在变得越来越复杂。开发者们一方面要应对摩尔定律趋近极限所带来的挑战，一方面要努力改进功耗、性能、面积（PPA），以及低延时目标。芯片开发者们始终坚持不断创新，从而应对SysMoore时代所面临的挑战。
Multi-die芯片系统被细分成多个功能电路模块，这些电路块被称为小裸片（small die）或者小芯片（chiplet）。这些小芯片通常采用不同的工艺节点制造，并被集成到单个封装中。它能够满足严苛的PPA目标，是值得开发者努力的方向。先进的芯片封装技术在创新过程中必将起到主要作用。Multi-die系统级封装（SiP）具有以下优势：封装行业有一系列技术可支持multi-die设计，例如：标准的2D封装、2.5D先进封装，以及3D堆叠裸片，但没有哪个封装技术是可以适合所有产品的。选择哪种封装方式将取决于产品的PPA和成本目标。
本文将简单介绍几种最新的多芯片模块（MCM）封装类型，并重点阐述die-to-die（D2D）IP如何通过这些封装来更好地支持设计流程。四大先进芯片封装类型下一波系统设计浪潮将以先进封装中的小芯片为主导。这些小芯片本质上也是集成电路，专门用来与其他裸片一起打造更大、更复杂的芯片，且可以被集成到先进的MCM封装中。小芯片通常由可重复使用的IP块组成。
不同的封装类型在组装、密度和复杂性方面各不相同。图1介绍了主要的封装类型以及它们在不同应用中的优势和劣势。
▲ 图1：主要的先进封装类型概览有机衬底有机衬底可以支持低密度的IO排布，D2D连接较少。这种2D类型的标准封装相对便宜，在半导体行业中使用广泛。与2.5D和3D封装不同，有机衬底封装并不存在脆弱的微凸块，并且由于工艺已十分成熟，所以往往良率更高。它具有可测试性功能（对已知合格裸片进行低成本晶圆级筛选），但无法对故障连接进行测试和修复。
此外，有机衬底还具有良好的散热性和低翘曲性，支持大规模SiP集成，且无掩模板限制。重分布层（RDL）扇出相对较新的RDL扇出型（Fan-Out）封装尚未得到广泛使用，其密度与硅中介层相似，但复杂性和成本却更低。扇出是一种先进封装类型，可以组装一个或多个裸片，从而为各种物联网、网络和计算应用带来更好的性能和更多的IO。RDL由铜金属连接线组成，将封装的一部分与另一部分进行电气连接。在RDL扇出型封装中，RDL可向内和向外布线，这使得封装更薄且能拥有更多的IO。硅中介层在硅中介层中，连接裸片的地方叫做中介层，用来连接两个裸片。这种2.5D型封装通过使用微凸块（一种堆叠裸片垂直互连技术）实现密集连接。由于这种封装类型的组装十分复杂，加上微凸块脆弱易损，因此存在较多的良率问题。封装厂商通过质保措施和D2D接口测试及修复机制解决了这个问题。硅中介层拥有数千条并行的线路，这些线路可用于测试连接性、确定是否存在中断，并且能够在需要时重新布线。例如，如果一个接口有1000条线路，那么在设计PHY时就要当作有1100条线路，提供10%的冗余，以便在发生故障时可以重新布线。但硅中介层很难为已知合格裸片筛选晶圆。此外，这种封装类型减少了热耗散，并且中介层的大小受限于掩模板的尺寸。混合键合封装作为一种3D堆叠封装技术，混合键合封装实现了最高的密度和电源效率。它提供用于连接的硅通孔（TSV），将两个晶圆粘合到一起并作为一个整体发挥作用，如此一来，驱动通道时就不会浪费功耗，并且可以根据需要降低每个IO的功耗。与中介层相比，混合键合技术对复杂性和成本提出了更高的要求。这种技术非常适用于需要大量计算能力和低延迟的AI训练引擎等应用。在混合键合封装中的处理器上堆叠内存，可以提供所需的性能并满足低延迟要求。
D2D连接：推动力虽然先进封装方案让开发者能够按照SysMoore时代的需求扩展和发展他们的产品，但D2D连接也起到了推动作用。过去，开发者会先创建SoC，然后再操心封装问题。如今，他们必须采用协同开发的方法将系统、裸片和封装结合到一起，并确保它们都能按照预期协同工作。是什么将所有这些部分都连接到一起了呢？
答案是D2D接口。
D2D接口是一个很小的模块，支持封装两个或两个以上裸片之间的通信。这种接口需要针对每个特定封装类型的特点进行优化。例如，中介层不支持通道之间极高的速度，高速D2D接口IP则可以填补这一空白。同样地，有机衬底的通道特性更好，可支持更长的传输距离和更高的数据速率，因此可以选择接口IP。
D2D接口行业相对年轻，许多接口是以专有的方式进行开发，只锁定一个产品。使用标准可以确保您能够不断改进自己的产品，且无需担心互操作性问题或其他开发风险。
四个不同的联盟管理着整个封装生态系统的五个标准：随着时间的推移，其中有些标准可能会因市场需求而变得不再那么重要。在所有这些标准中，UCIe有可能成为一个真正通用和全面的D2D接口标准。除了提供最引人注目的PPA指标，这项标准还涵盖了最广泛的用例和所有的multi-die芯片封装类型。UCIe是一个完整的协议栈，支持原始用户定义的流式传输、PCIe（非相干）和CXL（相干）。此外，UCIe还具有前瞻性，支持每个引脚高达32Gbps的数据速率。这项新兴规范赢得了横跨所有行业领域的广泛生态系统的支持，其中包括超大规模厂商、CPU供应商、代工厂、外包半导体组装和测试(OSAT)、IP供应商和聚合商。
多种基于标准的D2D接口组合
新思科技提供业界最广泛的D2D标准接口IP，为各类标准组织做出了贡献，并助力企业发挥不同封装类型的优势。新思科技D2DIP解决方案包括：- 完整的112G XSR IP解决方案，包括多通道PHY和一个具有前向纠错和重放功能的D2D控制器，可提供可靠的网络运行中心（NOC）到NOC链接
- 完整的UCIeIP解决方案，包括带宽高达4Tbps的多模块PHY，可支持标准封装和先进封装
- 支持流式传输、CXL和PCIe协议的控制器，以及到CXS和AXI的桥接，实现NOC到NOC的无缝链接
Multi-die设计能够满足HPC和AI等计算密集型应用的可扩展解决方案的需求，即在不影响成本或良率的情况下提高性能。在SysMoore时代，系统和规模的日趋复杂推动着持续创新，先进芯片封装技术作为代表之一至关重要。
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