Il 2025 sarà l'anno del chiplet?

Mentre ci avviciniamo al 2025, l'industria dei semiconduttori è nella fase iniziale di un cambiamento monumentale verso la tecnologia dei chiplet. Sebbene il 2025 non sarà l'anno in cui i chiplet domineranno il mercato, segnerà l'inizio di una transizione lunga un decennio che vedrà i chiplet cambiare il volto della progettazione e della produzione elettronica. 

Questa evoluzione si basa sulle tendenze di cui abbiamo discusso all'inizio di quest'anno in Perché i futuri progetti elettronici potrebbero essere basati su chiplet. Le capacità modulari dei chiplet offrono molti vantaggi, che includono miglioramenti in termini di prestazioni, economia e flessibilità. Questi vantaggi stanno diventando sempre più importanti poiché l'industria elettronica affronta i limiti dei tradizionali disegni di chip monolitici.

Il razzo dei chiplet è sulla rampa di lancio

E il conto alla rovescia finale è iniziato. Il mercato dei chiplet è pronto a sperimentare una crescita esplosiva, guidata dalla crescente domanda di computing ad alte prestazioni in vari settori. Applicazioni per l'IA, i data center, l'automotive e l'elettronica di consumo guideranno la carica. Le stime di Market.us Scoop progettano che il mercato dei chiplet crescerà da 3 miliardi di dollari USA nel 2023 per raggiungere 107 miliardi di dollari USA entro il 2033, crescendo con un Tasso di Crescita Annuo Composto (CAGR) del 42% (vedi Figura 1). 

I dati rappresentati nel grafico sopra sono in realtà piuttosto conservativi rispetto ad altre previsioni. Ad esempio, secondo KBV Research, si prevede che il mercato globale dei chiplet raggiungerà i 373 miliardi di dollari entro il 2030, con un CAGR del 76%. Markets and Markets proietta che il mercato crescerà fino a 148 miliardi di dollari già nel 2028, con un sorprendente CAGR dell'87%, più del doppio di quanto mostrato nella Figura 1.

2025: Un Anno Importante per l'Adozione dei Chiplet

Il 2025 segnerà probabilmente un punto di svolta in cui la tecnologia dei chiplet passerà da un concetto promettente a una realtà pratica in numerose industrie. La convergenza di diversi fattori chiave è destinata ad accelerare l'adozione dei chiplet, creando una tempesta perfetta di innovazione e opportunità.

Standard in Maturazione: Lo standard Universal Chiplet Interconnect Express (UCIe), stabilito da Intel e altri leader del settore, si prevede guadagnerà una maggiore adozione nel 2025. Questo standard faciliterà l'interoperabilità e accelererà l'integrazione dei chiplet tra i produttori.

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Investimenti in Crescita: Le principali aziende di semiconduttori stanno allocando risorse significative nella ricerca e sviluppo dei chiplet, con alcuni che effettuano investimenti di miliardi di dollari. Anche le iniziative governative in numerosi paesi stanno finanziando progetti sui chiplet, riconoscendone l'importanza strategica.

Progressi nelle Tecnologie di Packaging: Aziende come TSMC e Intel stanno compiendo passi significativi nelle tecnologie avanzate di packaging per i chiplet. Queste innovazioni consentiranno un'integrazione più efficiente dei chiplet in sistemi complessi e multi-fornitore.

Ecosistema in Espansione: L'ecosistema dei chiplet sta crescendo rapidamente, con aziende di EDA, fonderie e aziende di Outsourced Semiconductor Assembly and Test (OSAT) che contribuiscono tutti al progresso della tecnologia dei chiplet.

Il Lungo e Tortuoso Cammino verso l'Ubiquità dei Chiplet

Sebbene il 2025 segni una pietra miliare significativa, l'adozione dei chiplet si svilupperà gradualmente nel corso del decennio successivo. Diversi fattori guideranno questa transizione a lungo termine:

Inizialmente, vedremo design omogenei con blocchi IP (blocchi di proprietà intellettuale, che sono unità riutilizzabili di logica o design del layout del chip) dello stesso fornitore. Man mano che la tecnologia matura, emergeranno design veramente eterogenei.

Questi design eterogenei combineranno componenti di più fornitori e potenzialmente diversi processi di fabbricazione – per esempio, mescolando chiplet di logica ad alte prestazioni con chiplet di memoria o chiplet analogici/RF, ognuno ottimizzato per la sua specifica funzione. Tuttavia, questo livello di integrazione è ancora a anni di distanza, probabilmente diventerà prevalente negli anni 2030.

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Man mano che la produzione di chiplet aumenta, l'industria deve superare sfide uniche, in particolare riguardo ai test e all'assicurazione della qualità. Il maggior volume di die individuali richiederà un aumento dei carichi di lavoro per i test e nuovi approcci per garantire la funzionalità prima dell'imballaggio finale.

La Cina sta abbracciando la tecnologia dei chiplet, in parte spinta dalle sanzioni commerciali statunitensi sui chip avanzati e sull'attrezzatura per la produzione di chip. Secondo MIT Technology Review, collegando diversi chip meno avanzati in uno solo, le aziende cinesi potrebbero utilizzare i chiplet per aggirare le sanzioni imposte dal governo degli Stati Uniti.

Impatto dei Chiplet su Vari Settori

Man mano che l'approccio modulare alla progettazione dei semiconduttori guadagna terreno, gli effetti a catena si faranno sentire ben oltre gli impianti di fabbricazione dei chip. In particolare, i chiplet sono destinati a diventare i mattoni dell'innovazione in una gamma di settori, inclusi:

Automotive: Il passaggio verso i veicoli elettrici (EV) e i sistemi avanzati di assistenza alla guida (ADAS) sta creando una domanda per soluzioni di elaborazione più potenti e flessibili. I chiplet offrono la potenza e l'adattabilità per soddisfare queste esigenze e diventeranno lo standard per molte applicazioni automotive nel decennio a venire.

Secondo un sondaggio di McKinsey, il 48% degli esecutivi del settore si aspetta che i chiplet per applicazioni automotive emergano tra il 2027 e il 2030, mentre il 38% prevede un'adozione tra il 2030 e il 2035. Questo dispiegamento graduale riflette l'approccio cauto dell'industria automobilistica e il tempo necessario affinché le tecnologie dei chiplet maturino.

Intelligenza Artificiale e Data Center: I chiplet consentiranno la creazione di processori AI più potenti ed efficienti dal punto di vista energetico, permettendo l'integrazione di core specializzati per diversi compiti di AI, come l'inferenza e l'addestramento, in un unico pacchetto. Spinti dall'insaziabile bisogno odierno di potenza di elaborazione AI, aziende come NVIDIA stanno investendo significativamente nei chiplet.

Elettronica di Consumo: I chiplet stanno abilitando miglioramenti delle prestazioni nei dispositivi consumer. Ad esempio, il CPU desktop AMD Ryzen 7 5800X3D dimostra un aumento del 15% nelle prestazioni di gioco. Oltre al gaming, si prevede che i chiplet rivoluzioneranno smartphone, tablet e dispositivi indossabili permettendo ai produttori di combinare componenti di prim'ordine per funzioni specifiche come l'elaborazione AI, la grafica e la gestione dell'energia.

Edge Computing: Casi d'uso specifici nell'edge computing, come l'IoT industriale e le applicazioni per città intelligenti, trarranno grande beneficio dalla flessibilità e dalle prestazioni offerte dai design basati su chiplet. Nelle applicazioni di edge computing industriale, ciò si tradurrà in sistemi più reattivi e autonomi. 

Sfide e Considerazioni

Anche con prospettive promettenti, la rivoluzione dei chiplet affronta diverse sfide:

Standardizzazione: Sebbene siano stati fatti progressi con standard per chiplet come UCIe, è necessario ulteriore lavoro per abilitare un'integrazione senza problemi tra diversi produttori di chiplet e tecnologie.

Test e Assicurazione della Qualità: La natura modulare dei chiplet introduce nuove complessità nei test e nella affidabilità complessiva del sistema, mettendo sotto pressione le metodologie tradizionali di test e QA.

Carenze di Talenti e Risorse: Il passaggio alla tecnologia chiplet richiede una forza lavoro qualificata e l'accesso a risorse critiche. Con la crescita della domanda di chiplet, potremmo assistere a carenze di entrambi.

Guardando Avanti verso un Futuro Modulare

Mentre il 2025 non sarà l'anno in cui i chiplet prenderanno il sopravvento, segnerà l'inizio di un decennio trasformativo per l'industria dei semiconduttori. Man mano che ci avviciniamo agli anni '30, i chiplet diventeranno un approccio dominante nella progettazione dei chip, offrendo nuovi livelli di flessibilità, prestazioni ed economicità. Una transizione di successo dipenderà dalla collaborazione dedicata in tutto l'ecosistema dei chiplet. Saranno inoltre necessarie tecnologie avanzate di packaging e nuovi approcci alla standardizzazione e ai test. 

Man mano che l'ecosistema dei chiplet matura, possiamo contare sul vedere applicazioni e soluzioni innovative che spingono i limiti della fabbricazione elettronica. Guardando al futuro, è chiaro che la rivoluzione dei chiplet porterà a possibilità completamente nuove per il futuro della tecnologia dei semiconduttori.