IoT 장치를 위한 칩렛 기반 아키텍처의 사용이 증가하고 있습니다. 반도체 칩 OEM/ODM은 칩렛 기반 아키텍처를 채택하고 있습니다.

개요

역동적인 반도체 산업 내에서는 기존의 모놀리식 칩 아키텍처에서 벗어나 보다 모듈화된 칩렛 기반 설계를 지향하는 추세가 있습니다. 이러한 변화에는 생산 방법의 변화 이상의 것이 포함됩니다. 이는 전자 부문이 현대 지구에 전력을 공급하는 전자 부품을 상상하고, 만들고, 배포하는 방식에 있어 상당한 발전을 의미합니다. 포스트 무어의 법칙 시대에 칩렛 기반 아키텍처는 혁신의 촉매제가 되고 있으며 컴퓨팅 성능의 기하급수적인 발전을 유지할 수 있는 방법이 되고 있습니다.

모든 IoT(사물인터넷) 장치에는 메모리, 컴퓨팅 성능, 센서 기술, 연결 등 다양한 기능 세트가 필요합니다. 따라서 기존 SoC(반도체 시스템 온 칩) 개발 주기를 사용하여 이러한 기능을 개발하는 것은 비용과 시간이 너무 많이 소요됩니다. 결과적으로 많은 창작품이 출시되지 않습니다. 그러나 모놀리식 칩에는 매우 저렴한 비용으로 생산할 수 있고 모듈형 빌딩 블록을 사용하여 맞춤형 기능을 신속하게 개발할 수 있는 실리콘 칩렛 형태의 대안이 있습니다. 칩렛이 존재하는 독특한 기술적, 상업적 어려움에도 불구하고 반도체 업계는 의심할 여지 없이 이 아이디어를 수용하고 칩렛 아키텍처를 발전시키기 위한 솔루션을 만들고 있습니다.

최근 칩렛 기반 솔루션은 Intel, AMD, Broadcom 및 Amazon과 같은 여러 유명 업계 반도체 공급업체 및 클라우드 제공업체에 걸쳐 무어의 법칙을 확장하는 유망 기술로 명백해졌습니다. 더 높은 수율을 위해 극도로 큰 다이 크기를 피하고, 비용 절감 및 재사용을 위한 믹스 앤 매치 기술을 통해 제품 다양화를 가능하게 하고, 다양한 프로세스 노드의 칩렛을 통합하는 이종 통합을 장려하는 등 다양한 요인이 놀라운 성장에 기여했습니다. 기능, 비용 및 성능 최적화를 위해.

그림 1: 반도체 가치 사슬 전반에 걸친 칩셋 통합

출처: DBMR 분석

Chiplet 채택에 영향을 미치는 요인

• 복잡성과 전문화: 빅데이터 분석, 인공지능(AI)부터 고성능 컴퓨팅, 사물인터넷(IoT)까지 모든 산업에서 점점 더 정교하고 전문화된 처리 기능에 대한 수요가 급증하고 있습니다. 이러한 요구 사항을 충족하기 위해 칩렛 아키텍처는 특정 작업에 최적화된 특수 처리 장치를 결합하여 더욱 강력하고 에너지 효율적인 시스템을 만듭니다.
• 무어의 법칙과 그 단점:칩의 트랜지스터 수가 약 2년마다 두 배로 증가하여 일관된 성능 향상을 가져온다는 사실은 오랫동안 업계의 나침반으로 여겨져 왔습니다. 그러나 기술 및 재정적 장애로 인해 확장 속도가 느려지고 비즈니스는 다른 확장 방법을 찾아야 합니다. 아키텍처 혁신을 통해 성능 개선을 유지하기 위해 무어의 법칙에만 의존하는 대신 칩렛 기술은 매력적인 접근 방식을 제시합니다.
• 제조 공정 및 공급망의 유연성: 국제 반도체 공급망은 전염병, 무역 분쟁, 지정학적 갈등과 같은 예상치 못한 사건으로 인해 혼란에 더욱 취약해지고 있습니다. Chiplet 아키텍처는 보다 적응력이 뛰어나고 강력한 생산 프로세스를 제공하여 이러한 우려 사항 중 일부를 완화하는 데 도움이 됩니다. 제조업체는 다양한 소스와 지역에서 칩렛을 생산 및 소싱하여 국지적 중단의 영향을 줄여 필수 구성 요소를 보다 안정적으로 공급할 수 있습니다.

Chiplet 아키텍처 및 통합 중에 직면한 과제

• 테스트 및 신뢰성: 칩렛 기반 시스템이 작동하고 안정적인지 확인하는 경우 테스트가 더욱 복잡해집니다. 모든 조건에서 의도된 대로 최종적으로 완성된 칩렛 패키지 기능을 보장하려면 각 칩렛과 해당 상호 연결은 품질 및 신뢰성 기준을 충족하기 위해 광범위한 테스트를 거쳐야 합니다.
• 설계 및 통합: 칩렛은 큰 잠재력을 갖고 있지만 해결해야 할 설계 및 통합 문제가 많이 있습니다. 서로 다른 구성 요소를 결합하여 일관된 시스템을 형성하려면 복잡한 연결 기술과 프로세스가 필요합니다. 칩렛이 효율적으로 상호 작용하고 모놀리식 칩의 성능을 가능한 한 가깝게 모방할 수 있도록 하려면 이러한 상호 연결에 높은 대역폭과 낮은 대기 시간이 필요합니다.
• 생태계 및 표준 개발: 칩렛 기술이 더욱 널리 사용됨에 따라 설계, 통신 및 통합에 대한 공통 표준을 포괄하는 강력한 생태계를 구축해야 합니다. 다양한 제조업체의 칩렛이 서로 일관되게 통신할 수 있도록 하려면 이러한 표준을 확립하는 것이 필수적입니다. 이는 규모의 경제를 활용하여 혁신을 촉진하고 비용을 절감할 것입니다.

칩렛 기술의 장점

칩렛 기반 아키텍처를 기존의 모놀리식 SoC(시스템 온 칩)와 비교하면 몇 가지 이점이 분명합니다. 이러한 이점에는 향상된 기능, 낮은 전력 소비 및 향상된 설계 자유가 포함됩니다. 여러 전문가들은 첨단 기술이 계속 발전함에 따라 특수 칩렛이 소비자 기기의 공통 요소가 될 것으로 예측하고 있습니다.

• 쉽게 사용자 정의하고 업그레이드할 수 있어 개발 시간이 단축되고 비용이 절감됩니다.
• Chiplet은 특정 작업에 최적화된 고유한 처리 구성 요소를 활용하여 성능을 향상시킵니다.
• Chiplet 기술은 유연성으로 잘 알려져 있으며, 이를 통해 생산자는 변화하는 시장 상황과 새로운 기술 개발에 신속하게 적응할 수 있습니다.
• 컴퓨터 칩 간 데이터의 측면 흐름이 전력 소비의 절반 이상을 차지하므로 칩렛으로 회로를 만드는 것도 환경에 큰 긍정적인 영향을 미칩니다.
• 칩렛은 다양한 기능을 단일 장치에 결합하여 기존 칩 설계에 존재하는 복잡한 배선, 냉각 시스템 및 보조 구성 요소에 대한 요구 사항을 크게 줄입니다.

현재 기존 칩셋이 전자 장치의 컴퓨터 기술 대부분을 제어하고 있지만 이러한 추세가 앞으로 바뀔 것이라는 점은 분명합니다. 첨단 기술이 발전함에 따라 전문가들은 특화된 칩렛이 널리 사용될 것으로 예측하고 있습니다.

이기종 칩렛 통합은 현재 빠르게 성장하는 시장입니다. AMD와 Intel 모두 이기종 통합 패키징 기술과 칩렛 설계를 포함하는 마이크로프로세서를 대량으로 생산하고 있습니다. Apple의 M1 Ultra 칩은 2022년 3월에 공개되었습니다. 이 칩에는 Chiplet 아키텍처가 사용되어 Mac PC 성능이 향상됩니다. 우리는 아직 칩렛 개발 및 제조의 초기 단계에 있습니다. 그러나 업계 표준이 강화됨에 따라 지금까지 상상할 수 없었던 컴퓨팅 모델이 등장하게 될 것입니다.

글로벌 SoC(시스템온칩) 시장은 스마트 장치, 자율주행차, 휴대용 의료기기 등을 포함한 다양한 애플리케이션에서 SoC 수요가 증가함에 따라 상당한 성장을 보였습니다. 여기에 제조 및 생산 시설 설치에 대한 다양한 정부 기관의 투자 증가는 예측 기간의 성장을 보완합니다. Data Bridge Market Research 분석에 따르면 글로벌 SoC(시스템 온 칩) 시장은 2022년부터 2029년까지 연평균 복합 성장률(CAGR) 8.55%로 성장할 것으로 예상됩니다.

연구에 대해 자세히 알아보려면 다음을 방문하세요.https://www.databridgemarketresearch.com/ko/reports/global-system-on-chip-soc-market

사물 인터넷(IoT) 시장과 관련된 여러 기회와 과제

그림 1: 다양한 IOT 장치에 칩셋 통합

출처 : DBMR 분석

최첨단 성능을 달성하기 위해 반도체 투자는 소자 소형화에 집중되었습니다. 그러나 이는 사물 인터넷 장치에 대한 최선의 접근 방식은 아닙니다. 디지털 혁신을 향한 전 세계적 노력의 일환으로, 사물 인터넷(IoT)이 5G 및 클라우드 컴퓨팅의 도입으로 모든 규모의 기업에 혁명을 일으킬 것으로 예상됩니다. 적어도 향후 몇 년 동안은 사물 인터넷에 대한 전 세계 지출이 두 자릿수 비율로 증가할 것으로 예상됩니다.

IoT는 기업, 정부, 소비자 등 사회 모든 측면에 영향을 미칩니다. 제조, 운송, 유틸리티 등의 산업에서는 이 신기술에 상당한 투자를 하고 있습니다. 또한 소비자는 집과 건강에 대한 최신 정보를 지속적으로 제공하는 스마트 장치에 대한 수요를 높일 것입니다.

점점 더 많은 고유한 사용 사례가 등장함에 따라 점점 더 많은 IoT 사용 사례는 기본 실리콘 기반 구성 요소를 공급하는 반도체 제조업체와 최첨단 솔루션을 제공하려는 OEM에게 큰 잠재력을 제공합니다. 그러나 이러한 새로운 사용 사례를 가능하게 하고 시장을 더욱 발전시키려면 IoT 장치의 가격, 특히 지능을 강화하는 실리콘 칩의 가격이 낮아져야 합니다. 지난 50년 동안 반도체 투자의 목표는 고성능 애플리케이션에 사용되는 단일 모놀리식 칩의 집적 회로 성능을 향상시키는 것이었습니다. 이에 따라 반도체 칩 내부의 개별 트랜지스터 크기는 지속적으로 감소하고 있다.

반도체 공급망의 기업들은 오래되고 잘 확립된 IoT 노드에 재투자했지만 이 전략은 지속되지 않을 것입니다. IoT 시장에 대응하여 반도체 제조업체는 혼합 신호 사물 인터넷 애플리케이션에 사용하기 위해 이전에 확립된 노드 크기를 재사용하기 위해 동일한 모놀리식 시스템 온 칩(SoC) 기술을 채택하는 두 번째 투자를 진행했습니다. 이는 더 새롭고 작은 프로세스 노드가 도입되더라도 여전히 더 큰 노드 크기의 웨이퍼에 대한 상당한 수요가 있다는 사실로 입증됩니다. 반도체 회사들은 아날로그 기능을 55nm와 40nm에서 22nm로 마이그레이션하는 대규모 과제에 수백만 달러를 지출하고 있습니다. 마이그레이션 절차는 형상이 작아질수록 더 어렵고 비용이 많이 듭니다.

IoT 산업은 향후 10년 동안 기술 회사에서 크게 성장할 것으로 예상되며, 칩 제조업체는 다양한 분야에서 광범위한 잠재적 용도를 충족할 수 있는 제품 포트폴리오를 구축하는 것을 목표로 할 것입니다. 그러나 다양한 차원에 걸쳐 문제를 제시하는 기존 모놀리식 아키텍처를 고려할 때 IoT 사용 사례의 다양성으로 인해 적절한 가격으로 이를 달성하는 것은 매우 어려울 것입니다.

글로벌 사물 인터넷(IoT) 솔루션 시장은 고속 연결을 위한 5G 인프라의 급속한 발전으로 인해 최근 몇 년 동안 상당한 성장을 목격하고 있습니다. 이에 더해 스마트 시티 이니셔티브의 증가, 클라우드 채택 증가, 연결된 장치의 활용 증가는 예측 기간 동안 전체 IoT 시장의 성장을 보완합니다. Data Bridge Market Research 분석에 따르면 글로벌 사물 인터넷(IoT) 솔루션 시장은 2022년부터 2029년까지 연평균 복합 성장률(CAGR) 29.30%로 성장할 것으로 예상됩니다.

연구에 대해 자세히 알아보려면 다음을 방문하세요.https://www.databridgemarketresearch.com/ko/reports/global-iot-solutions-market

IoT의 진입 장벽을 제거하는 데 도움이 되는 칩렛

모놀리식 프로세서가 항상 혼합 신호 사물 인터넷 장치를 구성하는 최선의 방법은 아닙니다. 칩렛 아키텍처를 사용하는 것은 각각 고유한 프로세스 노드 크기를 갖는 단일 기판 또는 단일 패키지에서 여러 칩렛을 사용할 수 있는 대체 방법입니다. SoC 접근 방식과 비교할 때 이러한 종류의 아키텍처는 IoT 제품 개발자에게 더 적은 투자 및 생산 비용, 더 낮은 전문화 비용 등 여러 가지 이점을 제공합니다. 이 외에도 출시 기간 단축, OEM에 대한 공급 위험 감소, 아키텍처 파티셔닝 단순화 등의 다른 이점도 있습니다.

• 투자 비용 절감 및 전문화: 칩 제품군에 대한 새로운 대상 프로세스 노드를 생성하려면 상당한 재정적 지출과 상당한 투자 수익(ROI)을 보장하기 위한 신중한 계획이 필요한 경우가 많습니다. 선택한 프로세스 노드와 칩의 크기 및 복잡성 모두에 따라 초기 투자가 주로 결정됩니다. 더 새롭고 작은 노드에 기능 블록을 구축하는 대신 더 확립된 노드 크기의 기능 블록을 사용하는 칩렛 기반 아키텍처는 동일한 기능을 개발하는 데 훨씬 적은 비용이 필요합니다.

OEM은 해당 애플리케이션에 필요한 특수 칩렛을 생성하고 이를 표준 기능을 위해 시중에서 판매되는 칩렛과 통합하기만 하면 됩니다. 또한 칩렛 전략은 특정 최종 제품에 대한 설계 비용을 낮추는 결과를 가져옵니다.

• 더 빠른 진입점: Chiplet은 두 가지 방식으로 신제품 출시 시간을 단축하는데, 이는 주요 상업적 이점입니다.

더 빠른 프로토타입 제작: OEM 및 반도체 회사는 새로운 모놀리식 칩을 개발하고 모든 블록이 모든 블록이 올바르게 작동하는지 확인하는 데 막대한 투자를 할 필요 없이 맞춤형 칩렛을 포함한 다양한 실리콘 블록을 혼합하고 일치시켜 빠른 시장 테스트를 위한 시험판 제품을 만들 수 있습니다. 선택한 노드 크기

더욱 간편한 업그레이드: 완전히 재설계하지 않고도 칩에 새로운 기능을 추가함으로써 타사 지적 재산(IP)의 "실리콘 라이브러리"에서 기능 블록을 선택할 수 있어 테스트 및 검증 시간이 절약됩니다.

이는 현재 ML 칩의 경우처럼 일부 기능이 다른 기능보다 더 빠르게 발전하는 경우 특히 유용합니다.

• OEM을 위한 생산 비용 절감 및 공급 위험 최소화: 칩의 설계와 성능이 검증되면 대량 생산 시설로 칩을 보낼 수 있습니다. 칩렛 전략은 칩의 단위 생산 비용, 결과적으로 완제품의 비용은 물론 이전 비용과 기간도 낮출 수 있습니다. 아날로그 구성 요소에 더 큰 프로세스 노드를 사용하는 칩렛 토폴로지는 설계 수정 횟수를 줄이고 수율을 높이며 제조 절차를 더 쉽게 만듭니다.

OEM이 단 하나의 공급업체가 아닌 여러 공급업체로부터 기능 블록을 소싱할 수 있도록 함으로써 칩렛 설계는 공급 위험을 낮추는 데 도움이 됩니다.

칩렛의 채택으로 미래의 빛나는 미래를 제시할 것입니다.

저비용 사물 인터넷 애플리케이션의 다양성이 증가함에 따라 칩렛 접근 방식의 성장이 촉진되고 있습니다. 칩렛의 적응성, 빠른 시장 출시 시간, 낮은 개발 및 제조 비용을 통해 칩렛은 혁신적이고 저렴한 IoT 솔루션의 차세대 물결을 주도할 수 있는 잠재력을 가지고 있음이 분명해졌습니다. 이러한 설계의 도움으로 OEM(Original Equipment Manufacturer)은 최첨단 디지털 및 아날로그 기능을 최종 제품에 손쉽게 통합하여 최적의 성능과 함께 더 큰 설계 유연성을 제공할 수 있습니다. 믹스 앤 매치 전략을 사용하면 특수 기능을 칩렛으로 생성한 후 시중에서 판매되는 칩렛과 결합할 수 있으므로 이러한 항목에 대한 개발 비용이 낮아질 수도 있습니다. 간소화된 개발 및 제조 전환 프로세스를 통해 출시 기간도 크게 단축됩니다.

반도체 기업도 이 기술의 혜택을 누릴 수 있습니다. 칩렛을 사용하면 반도체 기업은 포트폴리오를 더 작게 유지하고, 개발 비용과 기간을 단축하고, 더 넓은 범위의 애플리케이션에 더 최적화된 제품을 제공할 수 있습니다. 이러한 사용 사례를 촉진하기 위한 패키징 및 상호 연결 분야의 반도체 산업의 지속적인 발전은 이러한 바람의 증거입니다. 통합 기술은 성능이 중요한 매우 복잡한 ML 지원 자율 자동차 센서부터 소비자가 사용할 수 있는 보다 저렴한 스마트 태그에 이르기까지 모든 범위의 IoT 장치를 지원하기 위해 계속 발전할 것입니다.

결론

칩렛은 기존의 모놀리식 칩 기술에서 벗어나 이전에는 상상할 수 없었던 혁신적이고 저렴한 사물 인터넷 장치의 혁신을 가능하게 할 것입니다. OEM과 반도체 기업 모두 이로부터 이익을 얻을 수 있습니다.

Chiplet 기술은 모듈식 및 확장 가능한 시스템이 필수적인 우주 탐사, 5G 네트워크용 통신, 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)용 자동차 전자 장치 등 광범위한 산업을 완전히 변화시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

전통적인 스케일링이 반도체 산업에 도전 과제를 제기하면서, 칩렛 기반 설계는 차세대 기술 개발을 추진할 수 있는 강력한 대안으로 떠오르고 있습니다. 비교할 수 없는 유연성, 저렴한 비용, 개별 요구 사항에 맞게 기능을 맞춤화할 수 있는 능력을 갖춘 칩렛은 전자 설계에 대한 기존 접근 방식에서 극적인 출발을 나타냅니다. 칩렛 기술을 채택하고 개발하려는 업계 설계자와 엔지니어의 기술과 열망은 우리가 이 새로운 현실에 접근함에 따라 전자 장치의 방향을 결정하는 데 매우 중요할 것입니다.