Geavanceerde robots en voertuigen waren ooit vooral mechanische systemen, vandaag zijn ze uitgegroeid tot complexe machines die continu grote hoeveelheden data verwerken van camera’s en sensoren, in real time beslissingen nemen en communiceren met hun omgeving. Maar hoe voeg je al die functies toe zonder het geheel onbetaalbaar of energieverslindend te maken? Het antwoord lijkt verrassend eenvoudig: niet langer vertrouwen op één chip die alles moet kunnen, maar op systemen die je samenstelt uit chiplets: kleine, gespecialiseerde bouwstenen. Zo kies je precies wat nodig is; niet meer, maar ook niet minder.
Klassieke chips botsen op hun grenzen
Lange tijd probeerden we alle functies samen te brengen in één chip. Maar omdat we oplossingen willen die tegelijk krachtig, betaalbaar én schaalbaar zijn, is die aanpak technologisch en economisch minder houdbaar. We slagen erin om krachtigere chips te maken door meer en complexere structuren op eenzelfde oppervlakte te integreren. Tegelijk vragen nieuwe toepassingen, zoals AI, nog meer rekenkracht, waardoor chips groter worden. Eén klein defect kan een volledige chip onbruikbaar maken. Ook verdere miniaturisatie is geen duurzame oplossing meer. Nieuwe generaties chips leveren nog vooruitgang op, maar tegen een almaar hogere ontwikkelkost. Die investering kan worden verantwoord in toepassingen met heel grote volumes, zoals datacenters en smartphones. Maar in sectoren zoals de automobielindustrie wordt duidelijk waarom die aanpak onder druk komt te staan. Elk model, van basisversie tot premiumvariant, stelt andere eisen, en vraagt dus een andere chip. Daardoor blijven de productievolumes per ontwerp beperkt en wordt het moeilijker om kosten te spreiden. De alles-in-één-chip houdt daardoor steeds minder stand
TMTV package sample
Hoe fijn en kort verbindingen zijn, en dus hoe dicht chiplets bij elkaar geplaatst kunnen worden, bepaalt hoe snel en efficiënt ze samenwerken, en of ze de prestaties van klassieke chips kunnen benaderen.
Chiplets: kleine bouwstenen, grote flexibiliteit
Chiplets bieden een alternatief. In plaats van met één grote chip werk je met meerdere kleinere, gespecialiseerde chiplets, elk ontworpen voor één specifieke taak, zoals rekenkracht, grafische verwerking, neurale netwerken, communicatie of sensorverwerking.
Die bouwstenen kan je combineren tot een geheel waarin elke chiplet een duidelijke rol heeft, volledig afgestemd op de gewenste toepassing. ‘Deze modulariteit maakt het mogelijk om systemen op maat samen te stellen’, zegt Peter Vandersteegen (imec). ‘Je kan ze opschalen of differentiëren afhankelijk van de toepassing.’ Het mooie aan chiplets is de combinatie van flexibiliteit en efficiëntie. Maar er zijn nog meer voordelen. Chiplets laten toe om systemen nauwkeurig af te stemmen op hun toepassing. Meer rekenkracht nodig? Dan voeg je extra compute-chiplets toe. Minder nodig? Dan blijft het systeem lichter. Zo kan je met dezelfde bouwstenen een brede waaier aan toepassingen bedienen. Omdat chiplets kleiner zijn, blijft de kans op productiefouten beter onder controle. Bovendien kan een specifiek type chiplets in verschillende toepassingen ingezet worden, waardoor productie schaalbaar en betaalbaar wordt.
Nieuwe chipontwerpen vertrekken van chiplets die al ontwikkeld en gevalideerd zijn, en worden aangevuld waar nodig. Dat verkort de ontwikkeltijd aanzienlijk. Ook de manier waarop chips ontwikkeld worden, verandert. Waar vroeger één speler een volledige systeemchip moest ontwerpen, kunnen bedrijven zich nu specialiseren in specifieke functionaliteiten, bijvoorbeeld rekenkernen voor neurale netwerken, en die als chiplet aanbieden. Zo ontstaat een ecosysteem waarin verschillende bedrijven elk hun expertise inbrengen en combineren tot één systeem. Niet elke functie vereist de meest geavanceerde technologie. Door per chiplet de juiste technologie te kiezen, verhoog je de efficiëntie en beperk je het energieverbruik.
Een systeem van meerdere chiplets moet zich gedragen als één geheel. Dat vraagt extreem snelle en betrouwbare verbindingen tussen de onderdelen.
De echte uitdaging: chiplets als één geheel laten werken
De flexibiliteit brengt ook uitdagingen met zich mee. Een systeem opgebouwd uit meerdere chiplets moet zich gedragen als één geheel. Dat vraagt extreem snelle en betrouwbare verbindingen tussen de onderdelen. In tegenstelling tot een klassieke chip, waar alle functies intern met elkaar verbonden zijn, moeten chiplets voortdurend data uitwisselen via die verbindingen. Dat maakt de kwaliteit van de interconnect cruciaal voor de prestaties van het volledige systeem.
Hoe fijn en kort verbindingen zijn, en dus hoe dicht chiplets bij elkaar geplaatst kunnen worden, bepaalt in grote mate hoe snel en efficiënt ze samenwerken, en of ze de prestaties van klassieke chips kunnen benaderen. Om die verbindingen mogelijk te maken, zijn er verschillende technologische pistes: enerzijds 5D-integratie waarbij chiplets naast elkaar worden geplaatst en verbonden via een interposer, een siliciumonderlaag met fijne koperen bedrading. Dat is vandaag een gevestigde technologie, maar ze is ook relatief complex en duur. Onderzoekers werken aan alternatieven zoals silicon bridges, kleine siliciumbruggen die chiplets lokaal verbinden. Anderzijds is er 3D-integratie, waarbij chiplets op elkaar gestapeld en rechtstreeks met elkaar verbonden worden. Dat verkort de afstand drastisch. Hiervoor worden technologieën zoals hybrid bonding ontwikkeld, waarmee extreem fijne verbindingen mogelijk worden en chiplets steeds meer als één geheel functioneren.
Er wordt niet alleen gewerkt aan die fysieke integratie, maar ook aan het verbeteren van de verbindingen en de samenwerking tussen chiplets. Dat gaat van nieuwe interconnect-technologieën tot architecturale keuzes rond data-uitwisseling, energiebeheer en betrouwbaarheid. De architectuur bepaalt hoe het systeem als geheel functioneert. Bij het opbouwen van een systeemchip uit chiplets moet duidelijk zijn welke functie elke chiplet heeft. Sommige chiplets nemen een verbindende en coördinerende rol op, terwijl andere instaan voor gespecialiseerde uitvoerende taken.
De uitdaging is om chiplets van verschillende producenten goed te laten samenwerken. ‘Als we echt naar een open ecosysteem willen, moeten chiplets interoperabel worden. Dat vraagt standaardisatie en samenwerking over de hele sector heen. Daarom zetten wij hier actief op in’, zegt Peter Vandersteegen. Bedrijven en onderzoeksinstellingen werken wereldwijd samen in onderzoeksprogramma’s rond architectuur, organisatie en interoperabiliteit. Die inspanningen zijn niet beperkt tot één sector, maar essentieel voor het hele chiplet-ecosysteem.
Van chip naar systeemdenken
De verschuiving naar chiplets verandert fundamenteel hoe we chips ontwerpen. Niet langer als één geheel, maar als modulaire systemen die je flexibel kan afstemmen op wat echt nodig is. En daar ligt de sleutel om complexe technologie ook betaalbaar en schaalbaar te houden. Overal waar performantie, kostenefficiëntie en betrouwbaarheid samenkomen, biedt het nieuwe mogelijkheden. Denk aan geavanceerde robotsystemen, die op basis van sensordata hun omgeving waarnemen, interpreteren en er in real time op reageren.
Technologie die vandaag wordt ontwikkeld voor de meest geavanceerde voertuigen zal geleidelijk doorstromen naar robotica en andere slimme systemen die steeds betaalbaarder worden en dichter bij ons dagelijks leven komen. En dat dankzij een modulaire aanpak gebaseerd op flexibele bouwblokken.
In tegenstelling tot een systeem waarbij alle belangrijke onderdelen, zoals de rekenkern en het geheugen, op één enkele chip zijn gezet, werkt een modulair systeem met meerdere kleinere, gespecialiseerde chiplets.
Dit stuk maakt deel uit van de EOS Wetenschap Special 2026 - Robotica.
