Seiring dengan meningkatnya kebutuhan komputasi, kecerdasan buatan, dan konektivitas 5G, tantangan dalam merancang dan memproduksi chip tradisional menjadi semakin kompleks. Salah satu pendekatan yang muncul untuk mengatasi batasan batasan tersebut adalah chiplet. Istilah ini sering terdengar dalam berita teknologi, namun tidak semua orang memahami konsep, manfaat, serta tantangannya. Artikel ini menjelaskan secara lengkap apa itu chiplet, bagaimana cara kerjanya, serta peran pentingnya dalam evolusi industri semikonduktor.
Definisi Chiplet
Chiplet adalah sebuah blok fungsional kecil yang diproduksi secara terpisah kemudian digabungkan (integrated) pada satu paket (package) untuk membentuk sebuah sistem on chip (SoC) yang lebih besar. Setiap chiplet dapat memiliki proses teknologi, ukuran, atau fungsi yang berbeda, namun dapat berkomunikasi satu sama lain melalui interkoneksi standar seperti high density interconnect (HDI), silicon interposer, atau chip on chip (CoC).
Berbeda dengan desain monolitik yang menuntut seluruh fungsi berada pada satu wafer yang sama, chiplet memungkinkan produsen untuk memilih pilih modul yang paling optimal untuk setiap fungsi, lalu menyatukannya pada tahap paket akhir.
Kenapa Chiplet Menjadi Populer?
- Skalabilitas Biaya Memproduksi satu wafer dengan semua fungsi pada proses teknologi paling maju (misalnya 3 nm) sangat mahal. Dengan chiplet, fungsi yang tidak memerlukan proses canggih dapat dibuat pada node yang lebih tua (misalnya 14 nm), menurunkan biaya.
- Fleksibilitas Desain Produsen dapat mencampur campur fungsi dari vendor yang berbeda, mempercepat time to market.
- Peningkatan Yield Jika satu chiplet memiliki cacat, hanya modul tersebut yang terbuang, bukan seluruh wafer.
- Pengembangan Besar Skala Untuk aplikasi AI dan HPC, diperlukan ribuan inti atau memori yang sulit diintegrasikan dalam satu die. Chiplet memungkinkan penambahan modul secara modular.
Cara Kerja Chiplet
Proses umum pembuatan chiplet meliputi tiga tahap utama:
- Fabrication Setiap chiplet diproduksi pada wafer terpisah dengan proses teknologi yang paling cocok untuk fungsi spesifiknya (CPU core, GPU, memori, I/O, dsb.).
- Testing & Binning Chiplet diuji secara individual. Hasil pengujian dapat menentukan binning (klasifikasi kualitas) untuk mengoptimalkan penempatan pada paket akhir.
- Integration Chiplet dipasang pada substrat atau interposer menggunakan teknologi advanced packaging seperti 2.5D (interposer silikon) atau 3D (through silicon vias, TSV). Pada tahap ini, jalur interkoneksi berkecepatan tinggi menghubungkan chiplet satu sama lain.
Sumber: SEMI
Contoh Implementasi Chiplet
Berikut beberapa contoh produk yang mengadopsi arsitektur chiplet:
- AMD Zen 2 & Zen 3 Menggunakan chiplet CPU Core Complex yang terhubung dengan I/O die pada interposer.
- Intel Foveros Teknologi 3D stacking yang menggabungkan logic die dengan memori die dalam satu paket.
- Google TPU v4 Menggunakan modul modul AI yang dipaketkan bersama untuk meningkatkan kepadatan inti.
- NVIDIA DGX H100 Mengintegrasikan GPU, CPU, dan memori dalam konfigurasi chiplet untuk beban kerja AI tingkat tinggi.
Standar dan Ekosistem
Untuk menjamin interoperabilitas, beberapa organisasi industri mengembangkan standar interkoneksi chiplet, antara lain:
- UCIe (Universal Chiplet Interconnect Express) Standar terbuka yang mendefinisikan fisik, protokol, dan electrical interface untuk chiplet berkecepatan tinggi.
- OIF (Optical Internetworking Forum) Mengusulkan solusi optik untuk menghubungkan chiplet pada kecepatan >100 Gb/s.
- JEDEC HBM Standar memori stack tinggi yang sering di integrasikan sebagai chiplet terpisah.
Keuntungan Teknis
Berbagai keuntungan teknis yang didapatkan dengan arsitektur chiplet antara lain:
- Bandwidth Tinggi Interkoneksi 2.5D/3D menyediakan jalur lebar (hingga > 1 TB/s) dibandingkan bus tradisional.
- Power Efficiency Mengurangi jarak sinyal antar fungsi, menurunkan konsumsi daya per operasi.
- Modularitas Penggantian atau upgrade chiplet tertentu (misalnya menambah lebih banyak memori) tanpa mendesain ulang seluruh SoC.
- Scalability Mudah menyesuaikan konfigurasi untuk berbagai segmen pasar, dari edge device hingga data center.
Tantangan dan Batasan
Walaupun menjanjikan, chiplet juga menghadapi sejumlah tantangan:
- Kompleksitas Packaging Teknologi interposer, TSV, dan penyolderan memerlukan peralatan mahal dan proses yang rumit.
- Masalah Thermal Kepadatan daya tinggi pada paket multi die dapat menyebabkan hot spot yang sulit didinginkan.
- Standarisasi Belum semua vendor mengadopsi standar yang sama, sehingga interoperabilitas masih terbatas.
- Ketersediaan Supply Chain Permintaan tinggi pada material interposer silikon dan peralatan advanced packaging dapat menjadi bottleneck.
Masa Depan Chiplet
Berbagai prediksi menunjukkan bahwa chiplet akan menjadi fondasi utama bagi generasi chip berikutnya. Beberapa tren yang dapat diharapkan:
- AI Centric Chiplet Modul khusus akselerator AI yang dapat dipasang bersamaan dengan CPU dan memori.
- Chiplet as a Service Platform berbasis cloud dimana perusahaan dapat membeli akses ke chiplet tertentu sesuai kebutuhan.
- Integrasi Optik Penggunaan waveguide silikon untuk menggantikan interkoneksi listrik pada jarak pendek, meningkatkan bandwidth.
- Ekosistem Terbuka Lebih banyak kolaborasi antar vendor, universitas, dan lembaga riset untuk menciptakan standar universal.
Kesimpulan
Chiplet menandai evolusi penting dalam industri semikonduktor, menawarkan solusi praktis untuk mengatasi batasan fisik dan ekonomi dari desain monolitik. Dengan kemampuan menggabungkan teknologi proses yang berbeda, meningkatkan skalabilitas, serta mempercepat inovasi, chiplet telah menjadi pilihan strategis bagi pemain besar seperti AMD, Intel, dan NVIDIA. Namun, keberhasilan adopsi luas masih bergantung pada penyelesaian tantangan packaging, termal, dan standarisasi. Bagi Indonesia, peluang belajar dan berpartisipasi dalam ekosistem chiplet dapat membuka jalan bagi pengembangan teknologi tinggi domestik serta meningkatkan daya saing dalam ekonomi digital yang semakin berbasis chip.