En el mundo de los semiconductores, en rápida evolución, la tecnología de chiplets se perfila como un enfoque innovador que resuelve muchos de los problemas a los que se enfrentan los diseños monolíticos tradicionales de sistemas en chip (SoC).

A medida que la Ley de Moore se ralentiza, la industria de semiconductores busca soluciones innovadoras para aumentar el rendimiento y la funcionalidad sin limitarse a incrementar la densidad de transistores, como se detalla en el informe de IDTechEx «Chiplet Technology 2025-2035: Tecnología, oportunidades y aplicaciones». Los chiplets ofrecen un prometedor camino a seguir, ya que proporcionan flexibilidad, modularidad, personalización, eficiencia y rentabilidad en el diseño y la fabricación de chips. Empresas como AMD e Intel han estado a la vanguardia de esta tecnología, con productos como los procesadores EPYC de AMD y la GPU Ponte Vecchio de Intel para centros de datos, que demuestran el potencial de los chiplets para aumentar el número de núcleos e integrar diversas funcionalidades.

Los chiplets son componentes modulares discretos de semiconductores codiseñados y fabricados por separado antes de integrarse en un sistema mayor. Este enfoque se asemeja al de un SoC en un módulo, en el que cada chiplet está diseñado para funcionar conjuntamente con otros, lo que hace necesaria la cooptimización en el diseño.

En el futuro, la realidad aumentada (RA) podría combinarse con el HUD para mostrar texto y gráficos a distintas distancias focales. Podría ser compatible con los sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS) para mejorar la seguridad y autonomía de los vehículos, aunque se prevé que estos desarrollos sean caros y aún no estén maduros.

El informe de IDTechEx esboza los niveles de preparación de las distintas tecnologías empleadas en los «heads-up displays», así como las ventajas y barreras que dificultan su uso. El aumento del tamaño y la mejora de la resolución de las pantallas son algunos de los aspectos en los que se centrará el futuro desarrollo, junto con la alta luminancia y la escasa limitación de la distancia virtual de la imagen, que podrá alinearse con el mundo real. La modularidad de los chiplets se alinea con tendencias clave de los semiconductores como la chipletización de IP, la heterogeneidad de la integración y la incrementalización de E/S. El chiplet también se asocia con la integración heterogénea y el empaquetado avanzado.

SoC frente al concepto de chiplet. Fuente: IDTechEx

Por qué ganan terreno los chiplets

La ralentización de la Ley de Moore ha hecho cada vez más difícil añadir más transistores dentro de un área limitada. En su lugar, el interés se ha desplazado hacia la mejora de la densidad de funciones, un área en la que destaca el diseño de chiplets. Mientras tanto, los esfuerzos de desarrollo se han centrado cada vez más en la integración a nivel de sistema, en lugar de centrarse únicamente en la fabricación de obleas.

La adopción de la tecnología de chiplets está impulsada por su capacidad para resolver varias limitaciones críticas inherentes a los diseños tradicionales de chips monolíticos. Una ventaja es su capacidad para superar limitaciones como el tamaño de la retícula y la pared de memoria, que tradicionalmente dificultan el rendimiento y la escalabilidad de los dispositivos semiconductores. Al modular las funciones del chip en chiplets discretos, los fabricantes pueden optimizar más eficazmente el uso de los materiales semiconductores y los nodos de procesamiento. Además, los chiplets pueden utilizar mejor el espacio de las esquinas de las obleas y tienen una menor tasa de defectos en los chips, que suelen estar infrautilizados en los diseños de chips convencionales, sobre todo en los SoC más grandes que exigen un número cada vez mayor de funciones. os componentes discretos pueden probarse y validarse individualmente antes de su integración. Como resultado, aumenta el rendimiento de fabricación, lo que permite una mayor calidad de producción y una reducción de los costes por unidad. Además, los chiplets facilitan un proceso de diseño más flexible, permitiendo la integración de diversas funcionalidades adaptadas a aplicaciones específicas sin necesidad de diseños de chip completamente nuevos. Esta flexibilidad reduce el tiempo y los costes de desarrollo y permite una rápida adaptación a la evolución de la demanda tecnológica.

La naturaleza de los chiplets permite a los fabricantes abastecerse de distintas piezas de múltiples proveedores de varias regiones. Esta diversificación reduce la dependencia de un único proveedor o zona geográfica, mejorando así la resistencia de la cadena de suministro. En un contexto de tensiones geopolíticas y restricciones comerciales, la tecnología de chiplets proporciona una ventaja estratégica al mitigar los riesgos asociados a las interrupciones del suministro. Al adoptar diseños de chiplets, las empresas pueden sortear estas limitaciones con mayor eficacia, garantizando un suministro constante de componentes críticos sin depender en gran medida de regiones sujetas a inestabilidad política o sanciones comerciales.

En conjunto, estos factores hacen de la tecnología de chiplets una opción atractiva para los fabricantes que buscan mejorar el rendimiento manteniendo la eficiencia económica.

Nuevas funciones y diseños gracias al chiplet. Fuente: IDTechEx

Panorama actual del mercado
El mercado mundial de chiplets está experimentando un notable crecimiento y se prevé que alcance los 411.000 millones de dólares en 2035, impulsado por la demanda de computación de alto rendimiento en sectores como los centros de datos y la IA. La naturaleza modular de los chiplets permite una rápida innovación y personalización, atendiendo a las necesidades específicas del mercado y reduciendo al mismo tiempo los plazos y costes de desarrollo.

Aunque los chiplets ofrecen numerosas ventajas, también plantean nuevos retos. La integración de múltiples chiplets requiere tecnologías y normas de interconexión avanzadas para garantizar una comunicación sin fisuras entre los componentes. La gestión térmica es otro aspecto crítico, ya que el aumento de la densidad de funciones puede provocar un sobrecalentamiento si no se gestiona adecuadamente. Estos retos abren oportunidades para diversos agentes de la cadena de suministro. Por ejemplo, las distintas áreas del encapsulado en el diseño de chiplets requieren distintos tipos de materiales de relleno para satisfacer necesidades específicas, por ejemplo, para proteger los propios chips, proporcionando soporte mecánico y estabilidad térmica, así como para salvaguardar los delicados cables y bolas de soldadura que conectan los chiplets, evitando problemas como la delaminación o la separación. Esto crea una demanda de materiales innovadores que mejoren la fiabilidad y el rendimiento.

Cobertura del informe
El informe de IDTechEx «Chiplet Technology 2025-2035: Tecnología, oportunidades y aplicaciones», ofrece un análisis exhaustivo del panorama de la tecnología de chiplets, comenzando con un resumen ejecutivo que ofrece una visión general de las conclusiones y puntos de vista del informe, sentando las bases para una introducción detallada a los fundamentos de la tecnología de chiplets. El informe explora los motores y las ventajas que hacen atractivo el diseño de chiplets, al tiempo que identifica los retos y obstáculos para su adopción e implantación. Ofrece información sobre la tecnología y los procesos de fabricación, incluidas las metodologías de diseño y las técnicas de envasado. El debate se extiende a la comunicación entre chips, centrándose en las interconexiones y normas necesarias para una integración perfecta. Se esbozan estrategias de gestión térmica para abordar la gestión del calor en sistemas densamente empaquetados. Por último, el informe examina varias áreas de aplicación, presentando casos de uso en distintos sectores y demostrando la versatilidad y el impacto de la tecnología de chiplets. Se ofrece una previsión de mercado a 10 años segmentada por aplicaciones que examina las tendencias de crecimiento y las proyecciones futuras. También profundiza en la cadena de suministro, destacando los actores clave y su papel en el avance de la tecnología de chiplets.

Autor: Dr. Xiaoxi He, Director de Investigación de IDTechEx