生意気なチップレットとスーパー NoC の出会い

クライヴ・'マックス'・マックスフィールド 2023 年 8 月 22 日

最近、チップレットの最前線でますます多くの活動が行われているのを目にするようになりました (共通の基板上の複数のシリコン ダイス)。 大手企業のいくつかはしばらくの間、独自の社内実装を使用してきましたが、それほど遠くない将来に、誰もがその楽しみに参加できるようになる方向に進んでいるように見えます。

私たちが元気よく戦いに飛び込み、放棄する前に（そしてもちろん冷静に）、私たち全員が同じバグパイプの旋律に合わせてタップダンスを踊っていることを確認するために、いくつかの用語を定義することは役立つかもしれません。

まず、集積回路 (IC) について説明します。IC とは、半導体材料の小さな平らな部分に実装されたコンポーネント (トランジスタ、抵抗器など) の集合から形成される回路を指します。 さまざまな半導体が使用されますが、シリコンが最も一般的であるため、これらのデバイスは総称して「シリコンチップ」と呼ばれます。

モノリシック集積回路というフレーズは、すべてが単一の固体で継ぎ目のないシリコン上に実装されているという事実を反映および強調するためによく使用され、それによってこれらの回路を、個別の (個別にパッケージ化された) コンポーネントの集合を使用して作成された以前の回路と区別します。

IC は、本質的にアナログ、デジタル、または混合信号 (アナログとデジタルの両方) にすることができます。 高周波 (RF) デバイスについては言及しません。設計に何が必要か考えるだけで頭が痛くなるからです。

ASIC、ASSP、および SoC という用語は、不注意な人にとっては混乱の原因となることがよくあります。 私の著書『Bebop to the Boolean Boogie: An Anconventional Guide to Electronics』（私自身もよく参考にしています）の中で次のように書きました。「一般的に言えば、特定用途向け集積回路 (ASIC) は、および/によって設計されるコンポーネントです。これに対し、ASSP (Application-Specific Standard Product) は、ASIC ツールとテクノロジを使用して作成されたより汎用的なデバイスですが、複数のシステム設計会社が使用することを目的としています。一方、システム オン チップ (SoC) は、1 つ以上のプロセッサ、メモリ、周辺機器、カスタム ロジックなどを含むサブシステム全体として機能する ASIC または ASSP です。

ここで注目すべき点がいくつかあります。 ASIC や ASSP という用語を聞くと、多くの人はデジタル デバイスを思い浮かべるでしょうが、それはそれらの人々がデジタル領域の出身だからです。 アナログ設計者は、純粋にアナログで作成したものを ASIC や ASSP と考えることもできます。 アナログ愛好家は、デジタルはアナログのサブセットだとよく言います。これが、アナログ愛好家に友達が少なく、パーティーの隅で一人で立っている傾向がある理由の説明になっています。 そうは言っても、気が遠くなるような量のデジタル機能を備えた「純粋なデジタル」デバイスであっても、ほとんどの場合、位相ロック ループ (PLL) などのより大きなアナログ機能とともに、電圧や温度などを監視するための少数のアナログ要素が含まれています。

1970 年代頃は、IC に少量のデジタル ロジックしか実装されていないのが一般的でした (Texas Instruments の 7400 シリーズ デバイスや RCA の 4000 シリーズ コンポーネントを思い浮かべます)。 当時のプリント基板 (PCB) には、これらのコンポーネントが数百個搭載されていた可能性があります。 時間が経つにつれて、私たちはデバイスの数を減らし、それぞれに多くのデジタル機能を搭載するようになりました。

各半導体プロセスには、チップ上に製造できる構造の最小サイズに関するルールがあります。 新しい生成プロセスはそれぞれテクノロジー ノードまたはプロセス ノードとして知られ、そのプロセスで達成できる最小機能サイズによって指定されます (話を単純化していますが、要点は理解できていると思います)。 歴史的に、これらのフィーチャ サイズ (したがってプロセス ノード) は 100 万分の 1 メートル (マイクロメートルまたはμm​​) 単位で指定されていました。 1980 年頃に私が設計した最初の ASIC は、5 µm ノードに実装された東芝デバイスでした。 最近では、プロセス ノードは 10 億分の 1 メートル (ナノメートルまたは nm) 単位で指定されます。