Chiplets atrevidos encontram super NoCs

Feb 14, 2024

Clive 'Max' Maxfield | 22 de agosto de 2023

Tenho visto cada vez mais atividade na frente do chiplet recentemente (múltiplos dados de silício em um substrato comum). Vários dos grandes players têm usado implementações internas proprietárias há algum tempo, mas as coisas parecem estar mudando de tal forma que – em um futuro não tão distante – todos poderão participar da diversão.

Antes de entrarmos de cabeça na briga com entusiasmo e abandono (e autoconfiança, é claro), pode ser útil definir alguns termos para garantir que estamos todos sapateando ao mesmo som da gaita de foles.

Vamos começar pelo circuito integrado (CI), que se refere a um circuito formado a partir de um conjunto de componentes (transistores, resistores, etc.) implementados em uma pequena peça plana de material semicondutor. Embora uma variedade de semicondutores possa ser usada, o silício é o mais comum, portanto esses dispositivos são genericamente chamados de “chips de silício”.

A frase circuito integrado monolítico é frequentemente usada para refletir e enfatizar o fato de que tudo é implementado em uma peça única, sólida e contínua de silício, distinguindo assim esses circuitos de seus antecessores, que foram criados usando coleções de componentes discretos (embalados individualmente).

Os ICs podem ser de natureza analógica, digital ou de sinal misto (analógico e digital). Não vou mencionar dispositivos de radiofrequência (RF), porque só de pensar no que é necessário para projetar um, minha cabeça dói.

Os termos ASIC, ASSP e SoC costumam ser uma fonte de confusão para os incautos. Como escrevi em meu livro Bebop to the Boolean Boogie: An Unconventional Guide to Electronics (que eu mesmo uso frequentemente como referência): "De modo geral, um Circuito Integrado de Aplicação Específica (ASIC) é um componente projetado por e/ ou usado por uma única empresa em um sistema específico. Em comparação, um Produto Padrão Específico de Aplicativo (ASSP) é um dispositivo de uso mais geral criado usando ferramentas e tecnologias ASIC, mas que se destina ao uso por vários estúdios de design de sistemas. . Enquanto isso, um System-on-Chip (SoC) é um ASIC ou ASSP que atua como um subsistema completo, incluindo um ou mais processadores, memória, periféricos, lógica personalizada e assim por diante.

Há várias coisas dignas de nota aqui. Quando ouvem os termos ASIC e ASSP, a reação instintiva de muitas pessoas é pensar em dispositivos digitais, mas isso ocorre porque essas pessoas vêm do domínio digital. Os projetistas analógicos podem muito bem considerar suas criações puramente analógicas como ASICs e ASSPs. Os aficionados do analógico também gostam de dizer que o digital é um subconjunto do analógico, o que explica por que não têm muitos amigos e tendem a acabar sozinhos em um canto nas festas. Dito isto, mesmo dispositivos “puramente digitais” contendo quantidades impressionantes de funções digitais quase invariavelmente incluirão um punhado de elementos analógicos para monitorar coisas como tensão e temperatura, juntamente com algumas funções analógicas maiores, como loops de bloqueio de fase (PLLs).

Por volta da década de 1970, era comum ter apenas pequenas quantidades de lógica digital implementadas em um IC (estou pensando nos dispositivos da série 7400 da Texas Instruments e nos componentes da série 4000 da RCA). Naquela época, as placas de circuito impresso (PCBs) podiam conter centenas desses componentes. Com o tempo, passamos a ter menos dispositivos, cada um contendo mais funções digitais.

Cada processo semicondutor possui regras sobre o tamanho mínimo das estruturas que podem ser fabricadas no chip. Cada processo de nova geração é conhecido como nó de tecnologia ou nó de processo, designado pelo tamanho mínimo de recurso que pode ser alcançado por esse processo (estou simplificando as coisas, mas tenho certeza de que você entendeu). Historicamente, esses tamanhos de recursos (portanto, nós de processo) eram especificados em milionésimos de metro (micrômetros ou µm). Os primeiros ASICs que projetei por volta de 1980 foram dispositivos Toshiba implementados no nó de 5 µm. Hoje em dia, os nós de processo são especificados em bilionésimos de metro (nanômetros ou nm).