Wird 2025 das Jahr des Chiplets sein?

Während wir uns dem Jahr 2025 nähern, befindet sich die Halbleiterindustrie am Anfang einer monumentalen Verschiebung hin zur Chiplet-Technologie. Obwohl 2025 nicht das Jahr sein wird, in dem Chiplets den Markt dominieren, markiert es den Beginn eines jahrzehntelangen Übergangs, der sehen wird, wie Chiplets das Gesicht des Elektronikdesigns und der Fertigung verändern. 

Diese Evolution baut auf den Trends auf, die wir früher in diesem Jahr in Warum zukünftige Elektronikdesigns auf Chiplets basieren könnten diskutiert haben. Die modularen Fähigkeiten von Chiplets bieten viele Vorteile, die verbesserte Leistung, Wirtschaftlichkeit und Flexibilität umfassen. Diese Vorteile werden zunehmend wichtiger, da die Elektronikindustrie auf die Grenzen traditioneller monolithischer Chipdesigns stößt.

Das Chiplet-Raumschiff steht auf der Startrampe

Und der endgültige Countdown hat begonnen. Der Chiplet-Markt steht kurz davor, ein explosives Wachstum zu erleben, angetrieben durch die steigende Nachfrage nach Hochleistungsrechnen in verschiedenen Branchen. Anwendungen für KI, Rechenzentren, Automobilindustrie und Unterhaltungselektronik werden die Vorreiter sein. Schätzungen von Market.us Scoop projizieren, dass der Chiplet-Markt von 3 Milliarden US-Dollar im Jahr 2023 auf 107 Milliarden US-Dollar bis 2033 anwachsen wird, mit einer jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 42% (siehe Abbildung 1). 

Die oben dargestellten Daten sind tatsächlich recht konservativ im Vergleich zu anderen Prognostikern. Zum Beispiel laut KBV Research wird erwartet, dass der globale Chiplet-Markt bis 2030 373 Milliarden Dollar erreicht, mit einer CAGR von 76 %. Markets and Markets projizieren, dass der Markt bereits bis 2028 auf 148 Milliarden Dollar anwachsen wird, mit einer erstaunlichen CAGR von 87 %, mehr als das Doppelte dessen, was in Abbildung 1 gezeigt wird.

2025: Ein großes Jahr für die Chiplet-Adoption

2025 wird wahrscheinlich einen Wendepunkt markieren, an dem die Chiplet-Technologie von einem vielversprechenden Konzept zu einer praktischen Realität in einer Reihe von Branchen übergeht. Die Konvergenz mehrerer Schlüsselfaktoren wird die Adoption von Chiplets beschleunigen und einen perfekten Sturm der Innovation und Chance schaffen.

Reifende Standards: Der Universal Chiplet Interconnect Express (UCIe) Standard, etabliert von Intel und anderen Branchenführern, wird voraussichtlich 2025 eine breitere Akzeptanz finden. Dieser Standard wird die Interoperabilität erleichtern und die Integration von Chiplets über Hersteller hinweg beschleunigen.

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Wachsende Investitionen: Große Halbleiterunternehmen weisen erhebliche Ressourcen für die Forschung und Entwicklung von Chiplets zu, wobei einige mehrmilliardenschwere Investitionen tätigen. Regierungsinitiativen in zahlreichen Ländern finanzieren ebenfalls Chiplet-Projekte und erkennen deren strategische Bedeutung.

Fortschritte in Verpackungstechnologien: Unternehmen wie TSMC und Intel machen bedeutende Fortschritte bei fortschrittlichen Verpackungstechnologien für Chiplets. Diese Innovationen ermöglichen eine effizientere Integration von Chiplets in komplexe und Multi-Vendor-Systeme.

Ausweitung des Ökosystems: Das Chiplet-Ökosystem wächst schnell, mit EDA-Unternehmen, Gießereien und Outsourced Semiconductor Assembly and Test (OSAT)-Unternehmen, die alle ihren Teil dazu beitragen, die Chiplet-Technologie voranzutreiben.

Der lange und gewundene Weg zur Allgegenwart von Chiplets

Obwohl 2025 einen bedeutenden Meilenstein markiert, wird die Übernahme von Chiplets sich über das folgende Jahrzehnt allmählich entfalten. Mehrere Faktoren werden diesen langfristigen Übergang antreiben:

Zunächst werden wir homogene Designs mit IP-Blöcken (Intellectual Property Blocks, also wiederverwendbare Einheiten von Logik oder Chip-Layout-Design) vom gleichen Anbieter sehen. Mit der Reifung der Technologie werden wirklich heterogene Designs entstehen.

Diese heterogenen Designs werden Komponenten von mehreren Anbietern und potenziell unterschiedlichen Herstellungsprozessen kombinieren – zum Beispiel die Mischung von Hochleistungs-Logikchiplets mit Speicherchiplets oder Analog-/RF-Chiplets, die jeweils für ihre spezifische Funktion optimiert sind. Diese Integrationsebene ist jedoch noch Jahre entfernt und wird voraussichtlich in den 2030er Jahren vorherrschend werden.

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Da die Produktion von Chiplets zunimmt, muss die Branche einzigartige Herausforderungen überwinden, insbesondere in Bezug auf Tests und Qualitätssicherung. Das höhere Volumen einzelner Dies wird eine erhöhte Testbelastung erfordern und neue Ansätze, um die Funktionalität vor der endgültigen Verpackung sicherzustellen.

China nimmt die Chiplet-Technologie an, teilweise angetrieben durch US-Handelssanktionen gegen fortgeschrittene Chips und Chip-Herstellungsausrüstung. Laut MIT Technology Review, indem mehrere weniger fortgeschrittene Chips zu einem verbunden werden, könnten chinesische Unternehmen Chiplets nutzen, um Sanktionen zu umgehen, die von der US-Regierung auferlegt wurden.

Auswirkungen von Chiplets auf verschiedene Sektoren

Da der modulare Ansatz im Halbleiterdesign an Zugkraft gewinnt, werden die Auswirkungen weit über die Chip-Fabrikationsanlagen hinaus zu spüren sein. Insbesondere werden Chiplets zu den Bausteinen der Innovation in einer Reihe von Sektoren, einschließlich:

Automobilindustrie: Der Übergang zu Elektrofahrzeugen (EVs) und fortgeschrittenen Fahrerassistenzsystemen (ADAS) schafft Nachfrage nach leistungsfähigeren und flexibleren Verarbeitungslösungen. Chiplets bieten die Leistung und Anpassungsfähigkeit, um diese Anforderungen zu erfüllen, und werden zum Status quo für viele Anwendungen im Automobilbereich im kommenden Jahrzehnt werden.

Laut einer McKinsey-Umfrage erwarten 48% der Branchenführungskräfte, dass Chiplets für Automobilanwendungen zwischen 2027 und 2030 aufkommen, während 38% eine Einführung zwischen 2030 und 2035 vorhersagen. Diese schrittweise Einführung spiegelt den vorsichtigen Ansatz der Automobilindustrie und die Zeit wider, die benötigt wird, damit die Chiplet-Technologien ausreifen.

Künstliche Intelligenz und Rechenzentren: Chiplets werden die Schaffung leistungsfähigerer und energieeffizienterer KI-Prozessoren ermöglichen, indem sie die Integration von spezialisierten Kernen für verschiedene KI-Aufgaben, wie Inferenz und Training, in einem einzigen Paket erlauben. Angesichts des heutigen unersättlichen Bedarfs an KI-Rechenleistung investieren Unternehmen wie NVIDIA erheblich in Chiplets.

Unterhaltungselektronik: Chiplets ermöglichen Leistungsverbesserungen bei Verbrauchergeräten. Zum Beispiel zeigt AMDs Ryzen 7 5800X3D Desktop-CPU eine Steigerung der Gaming-Leistung um 15%. Über das Gaming hinaus werden Chiplets voraussichtlich Smartphones, Tablets und Wearables revolutionieren, indem sie es Herstellern ermöglichen, erstklassige Komponenten für spezifische Funktionen wie KI-Verarbeitung, Grafik und Energiemanagement zu kombinieren.

Edge Computing: Spezifische Anwendungsfälle im Edge Computing, wie industrielle IoT- und Smart-City-Anwendungen, werden erheblich von der Flexibilität und Leistung profitieren, die chiplet-basierte Designs bieten. In industriellen Edge-Computing-Anwendungen wird dies zu reaktionsschnelleren und autonomeren Systemen führen. 

Herausforderungen und Überlegungen

Auch bei vielversprechender Aussicht stehen die Chiplet-Revolution mehrere Herausforderungen gegenüber:

Standardisierung: Obwohl Fortschritte bei Chiplet-Standards wie UCIe gemacht wurden, ist zusätzliche Arbeit erforderlich, um eine problemlose Integration über verschiedene Chiplet-Hersteller und -Technologien hinweg zu ermöglichen.

Testen und Qualitätssicherung: Die modulare Natur von Chiplets führt zu neuen Komplexitäten beim Testen und bei der Gesamtsystemzuverlässigkeit, was die traditionellen Test- und QA-Methodologien belastet.

Talent- und Ressourcenknappheit: Der Übergang zur Chiplet-Technologie erfordert qualifizierte Arbeitskräfte und Zugang zu kritischen Ressourcen. Mit wachsender Nachfrage nach Chiplets könnten wir einen Mangel an beidem erleben.

Blick in eine modulare Zukunft

Während 2025 nicht das Jahr sein wird, in dem Chiplets die Überhand gewinnen, wird es den Beginn eines transformativen Jahrzehnts für die Halbleiterindustrie markieren. Wenn wir in die 2030er Jahre übergehen, werden Chiplets zu einem dominanten Ansatz im Chipdesign werden und neue Ebenen der Flexibilität, Leistung und Kosteneffizienz bieten. Ein erfolgreicher Übergang wird von einer engagierten Zusammenarbeit im gesamten Chiplet-Ökosystem abhängen. Fortgeschrittene Verpackungstechnologien und neue Ansätze zur Standardisierung und Prüfung werden ebenfalls benötigt. 

Wenn das Chiplet-Ökosystem reift, können wir mit innovativen Anwendungen und Lösungen rechnen, die die Grenzen der Elektronikfertigung erweitern. Wenn wir nach vorne blicken, ist klar, dass die Chiplet-Revolution völlig neue Möglichkeiten für die Zukunft der Halbleitertechnologie mit sich bringen wird.