Năm 1965, đồng sáng lập Intel, Gordon Moore, đã phát biểu định luật sau này trở thành "Định luật Moore". Trong hơn nửa thế kỷ, định luật này đã hỗ trợ sự gia tăng ổn định về hiệu suất mạch tích hợp (IC) và giảm chi phí - nền tảng của công nghệ kỹ thuật số hiện đại. Tóm lại: số lượng bóng bán dẫn trên một con chip tăng gấp đôi sau mỗi hai năm.
Trong nhiều năm, tiến độ đã theo sát nhịp độ đó. Giờ đây, bức tranh đang thay đổi. Việc thu nhỏ hơn nữa đã trở nên khó khăn; kích thước linh kiện giảm xuống chỉ còn vài nanomet. Các kỹ sư đang gặp phải giới hạn vật lý, các bước quy trình phức tạp hơn và chi phí tăng cao. Hình dạng nhỏ hơn cũng làm giảm năng suất, khiến việc sản xuất hàng loạt trở nên khó khăn hơn. Việc xây dựng và vận hành một nhà máy tiên tiến đòi hỏi nguồn vốn và chuyên môn khổng lồ. Do đó, nhiều người cho rằng Định luật Moore đang mất dần sức hút.
Sự thay đổi đó đã mở ra cánh cửa cho một cách tiếp cận mới: chiplet.
Chiplet là một khối chip nhỏ thực hiện một chức năng cụ thể - về cơ bản là một phần của một con chip nguyên khối. Bằng cách tích hợp nhiều chiplet vào một gói duy nhất, các nhà sản xuất có thể lắp ráp một hệ thống hoàn chỉnh.
Trong kỷ nguyên nguyên khối, tất cả các chức năng đều nằm trên một khối lớn, vì vậy một lỗi nhỏ ở bất kỳ đâu cũng có thể phá hỏng toàn bộ chip. Với chiplet, hệ thống được xây dựng từ "khối đã biết là tốt" (KGD), cải thiện đáng kể năng suất và hiệu quả sản xuất.
Tích hợp không đồng nhất - kết hợp các chiplet được xây dựng trên các nút quy trình khác nhau và cho các chức năng khác nhau - làm cho các chiplet trở nên đặc biệt mạnh mẽ. Các khối tính toán hiệu suất cao có thể sử dụng các nút mới nhất, trong khi bộ nhớ và mạch tương tự vẫn sử dụng các công nghệ tiên tiến, tiết kiệm chi phí. Kết quả: hiệu suất cao hơn với chi phí thấp hơn.
Ngành công nghiệp ô tô đặc biệt quan tâm đến vấn đề này. Các nhà sản xuất ô tô lớn đang sử dụng những kỹ thuật này để phát triển SoC tích hợp trong xe trong tương lai, với mục tiêu áp dụng đại trà sau năm 2030. Chiplet cho phép họ mở rộng quy mô AI và đồ họa hiệu quả hơn, đồng thời cải thiện năng suất - nâng cao cả hiệu suất lẫn chức năng của chất bán dẫn ô tô.
Một số bộ phận ô tô phải đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn chức năng nghiêm ngặt và do đó phải dựa vào các nút cũ hơn, đã được kiểm chứng. Trong khi đó, các hệ thống hiện đại như hỗ trợ lái xe tiên tiến (ADAS) và xe được xác định bằng phần mềm (SDV) đòi hỏi khả năng tính toán cao hơn nhiều. Chiplet thu hẹp khoảng cách đó: bằng cách kết hợp các bộ vi điều khiển an toàn, bộ nhớ lớn và bộ tăng tốc AI mạnh mẽ, các nhà sản xuất có thể tùy chỉnh SoC theo nhu cầu của từng nhà sản xuất ô tô — nhanh hơn.
Những lợi thế này không chỉ giới hạn ở ô tô. Kiến trúc chiplet đang lan rộng sang AI, viễn thông và các lĩnh vực khác, thúc đẩy đổi mới trên khắp các ngành và nhanh chóng trở thành trụ cột của lộ trình phát triển chất bán dẫn.
Tích hợp chiplet phụ thuộc vào các kết nối die-to-die nhỏ gọn, tốc độ cao. Yếu tố then chốt là lớp xen kẽ (interposer) - một lớp trung gian, thường là silicon, nằm bên dưới các die, có chức năng định tuyến tín hiệu giống như một bảng mạch nhỏ. Lớp xen kẽ tốt hơn đồng nghĩa với việc ghép nối chặt chẽ hơn và trao đổi tín hiệu nhanh hơn.
Bao bì tiên tiến cũng cải thiện khả năng truyền tải điện năng. Các mảng kết nối kim loại nhỏ dày đặc giữa các đế chip cung cấp đường dẫn rộng rãi cho dòng điện và dữ liệu ngay cả trong không gian chật hẹp, cho phép truyền tải băng thông cao đồng thời tận dụng hiệu quả diện tích đóng gói hạn chế.
Phương pháp tiếp cận chủ đạo hiện nay là tích hợp 2.5D: đặt nhiều đế chip cạnh nhau trên một bộ phận trung gian. Bước tiến tiếp theo là tích hợp 3D, xếp chồng các đế chip theo chiều dọc bằng các lỗ xuyên silicon (TSV) để đạt được mật độ cao hơn nữa.
Kết hợp thiết kế chip mô-đun (phân tách chức năng và loại mạch) với xếp chồng 3D mang lại các chất bán dẫn nhanh hơn, nhỏ hơn và tiết kiệm năng lượng hơn. Việc đặt đồng bộ bộ nhớ và tính toán mang lại băng thông khổng lồ cho các tập dữ liệu lớn—lý tưởng cho AI và các khối lượng công việc hiệu suất cao khác.
Tuy nhiên, xếp chồng theo chiều dọc cũng mang lại nhiều thách thức. Nhiệt tích tụ dễ dàng hơn, làm phức tạp việc quản lý nhiệt và sản lượng. Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đang phát triển các phương pháp đóng gói mới để xử lý tốt hơn các hạn chế về nhiệt. Tuy nhiên, động lực vẫn rất mạnh mẽ: sự hội tụ của chiplet và tích hợp 3D được coi là một mô hình đột phá - sẵn sàng tiếp nối định luật Moore.
Thời gian đăng: 15-10-2025