Descubre los Chiplets: ¿Su funcionamiento y por qué revolucionarán el futuro del hardware?

Los chiplets no son una innovación reciente, pues han estado presentes en el panorama tecnológico desde el lanzamiento de las CPU Ryzen 3000 de AMD para equipos de escritorio. Con el tiempo, la elaboración de un chip en una sola pieza se vuelve cada vez menos común, siendo reemplazada por el concepto de chiplets o tile, como lo denomina Intel en su estrategia de marketing. Entonces, ¿cuál es el motivo de esta tendencia y qué limitaciones y beneficios implica en el diseño y fabricación de nuevos semiconductores?

El concepto de chiplet se refiere a diseños compuestos por varios chips o tiles individuales, lo que implica la división o desagregación de un único chip. Esta tendencia no es simplemente una moda, sino que está siendo adoptada cada vez más por diferentes fabricantes en sus distintos diseños.

Si bien los sistemas multichip han existido desde los inicios de la informática, los chiplets no son los clásicos Módulos de Varios Chips (MCM, por sus siglas en inglés). En cambio, los chiplets implican la disgregación o separación de un chip en diferentes partes, cada una con una función específica dentro del conjunto. Este proceso es completamente opuesto a la integración de componentes como resultado de la reducción de tamaño de los diferentes transistores debido a la litografía.

Cada vez más diseños basados en chiplets llegan al mercado, con algunos incluso utilizando diferentes procesos de fabricación dentro de un solo chip. La principal razón para esto es superar el tamaño límite impuesto por el tamaño de las fotomáscaras, que no pueden exceder los 26 mm de ancho por 33 mm de alto (858 mm²). Este tamaño se reduce a la mitad (429 mm²) con el uso de litografías basadas en High-NA EUV utilizando lentes amorfas.

La evolución hacia chiplets de varias arquitecturas obedece, en principio, a dos obstáculos. El primero es poder superar el tamaño de los chips, y el segundo es estar preparado para un futuro en el que cualquier diseño que supere los 429 mm² de tamaño requiera varios chips debido a limitaciones físicas obvias.

Existen factores económicos adicionales que justifican la existencia de los chiplets, como el hecho de que los costos de desarrollo y despliegue de las nuevas litografías son tan altos que no es suficiente con el tiempo de vida de unas pocas generaciones de productos. Por ello, se utilizan chiplets de diferentes litografías y, en algunos casos, incluso de distintos fabricantes, en el diseño y producción de cada chip.

Uno de los principales desafíos en el diseño de chiplets es mantener la comunicación eficiente y de alta velocidad entre las distintas partes, especialmente en el caso de las GPU. Por ello, muchos diseños utilizan interposer, que es un chip que se coloca en la base y permite la intercomunicación entre las diferentes partes. El interposer reduce el consumo energético al permitir un mayor número de interconexiones que, a su vez, facilitan velocidades de reloj más bajas y voltajes menores.

Sin embargo, la incorporación del interposer aumenta la complejidad y el costo de fabricación y también incrementa las posibilidades de fallo durante el proceso de manufactura. A pesar de esto, la adopción de litografías basadas en tecnología High-NA EUV forzará el uso de interposer en varios diseños, especialmente en aquellos con GPU, como se ha visto en los Intel Meteor Lake.

El futuro de los chiplets sugiere un panorama en el que diferentes marcas coexisten en un solo diseño. Gracias al estándar de intercomunicación conocido como UCIe (Universal Chiplet Interconnect Express), será posible combinar piezas de diferentes fabricantes y diseños de distintas marcas según las necesidades de cada uno. Esto podría resultar en una mayor especialización y externalización de componentes específicos, como aceleradores para tareas concretas o unidades de procesamiento de imagen.

En conclusión, los chiplets y sus características ofrecen ventajas en términos de tamaño y eficiencia energética, así como una mayor modularidad en el diseño de semiconductores. A pesar de ciertos desafíos y limitaciones, esta tendencia parece ser el futuro del hardware.