Chiplet的真機遇和大挑戰

　　全球主要芯片制造商們昨日宣布，他們正合作為Chiplet技術創建行業標準，參與該計劃的公司包括ASE、AMD、Arm、Intel、高通、三星電子和臺積電等，新的行業標準將被命名為UCIe，這一標準或將帶來Chiplet的再次變革。

　　Omdia數據顯示，全球Chiplet市場到2024年預計可以達到58億美元，到2035年將成長至570億美元。AMD 2021年重磅宣布Chiplet以來，Chiplet的風潮不斷沖擊半導體行業，而今Chiplet已經擴大到半導體諸多公司。

　　Chiplet是站在fab角度的一種解決摩爾定律失效問題的方案。2014年，華為海思與臺積電的CoWoS（Chip-on-Wafer-on-Substrate）合作產品已經發布。甚至在上世紀末，多芯片技術已經得到研究。除了華為外，其他的中國的企業也在關注Chiplet，稱其將帶來中國集成電路的重大機遇。

Chiplet現今如何？

　　AMD將Chiplet帶火，也將Chiplet做精，英特爾則后發趕上，在IDM2.0的規劃下，GPU、CPU和技術節點上也開始進行Chiplet的嘗試。

　　2020年的國際固態電路峰會（ISSCC）上，AMD發布了基于Zen 2的服務器產品的多種Chiplet策略，只要三種die即可以創建產品，Chiplet在AMD服務器芯片上的應用正式打開市場局面。

　　去年，AMD發布了其3D封裝技術，這是AMD與臺積電聯合研發的用于CPU封裝的技術，AMD Ryzen9 5900x處理器就運用了3DChiplet，其采用了64MBL3緩存堆疊64MBSRAM，將16核處理器上使可用的L3緩存增加三倍。這種封裝使得晶體管排列密度比常規的2D封裝高出200倍。

　　上個月，AMD在ISSCC 2022上再次透露了其Chiplet設計最新技術細節。AMD Ryzen7 5800X 3D將成為第一款包含額外堆疊緩存的消費級處理器，這是AMD最前沿的封裝產品。每個Zen 3 Chiplet將包含32MB的L3緩存，由所有八個片上內核共享，無需進行基本的重新設計即可堆疊額外的緩存。

　　無獨有偶，在ISSCC 2022上，英特爾也公布了其Chiplet最新產品。本次，英特爾公布了將為Aurora超級計算機提供動力的處理器Ponte Vecchio的新細節，英特爾將3100平方毫米的晶體封裝到2330平方毫米的芯片中，47塊硅晶體有超過1000億個晶體管。Ponte Vecchio處理器是使用英特爾2D集成技術Co-EMIB捆綁在一起的兩個鏡像Chiplet集。

　　早在去年，英特爾使用名為Foveros的Chiplet方法推出了3D CPU平臺。這在一個封裝中結合了一個10nm處理器內核和四個22nm處理器內核。

積極追趕的國內公司

　　國內公司也在積極關注Chiplet。相關人士表示，在后摩爾時代，Chiplet給中國集成電路產業帶來了很多發展機遇。眾所周知，先進工藝制程的設計和生產成本很高，而且高端工藝主要由少數幾家領先的晶圓廠來供應，往往產能有限。在成本、供應都受限的情況下，用Chiplet這種將不同工藝節點的die混合封裝在一起的方式，是未來芯片的重要趨勢之一。

　　華為是國內最早嘗試Chiplet的一批公司，海思半導體在早期就與臺積電合作過Chiplet技術，在技術封鎖之下，Chiplet可能會成為華為渡過難關、保持勁頭的一種解決方案。去年，有消息傳出，華為正在嘗試雙芯片疊加，將利用3DMCM封裝的Chiplet。

　　除華為之外，也有其他國產半導體公司也有了驚喜的進步。國內公司芯動科技表示，國內首款高性能服務器級顯卡GPU“風華1號”回片測試成功。該GPU使用了INNOLINK chiplet技術，芯動科技推出的國產標準封裝技術，將不同功能不同工藝制造的Chiplet進行模塊化封裝，成為一個異構集成芯片。

　　此外，芯原科技也是國內為數不多提供Chiplet芯片設計的公司，其采用Chiplet架構所設計和推出的高端應用處理器平臺用了12個月完成了從定義到流片返回。芯原科技表示，公司的高端應用處理器平臺集成了大量IP，包括NPU、ISP、視頻處理器和顯示控制器等。該平臺主要面向手機、平板電腦、筆記本電腦等應用，同時還適用于自動駕駛。

　　芯原科技董事長戴偉民曾說，Chiplet項目非常適用于汽車產品，將計算和功能模塊做成一顆顆積木一樣的Chiplet，每一顆Chiplet單獨做好車規驗證工作，然后在升級汽車芯片的時候，像搭積木一樣拼裝起來，當性能要求越高越多，加進去的Chiplet就越多，而不需要每次升級都重新從頭設計一顆大芯片，然后重新走車規流程。這種模式也可以增加汽車芯片的可靠性。

Chiplet不會主導市場

　　前面提到，AMD、英特爾、臺積電、Marvell等已經開發或演示了使用Chiplet的設備。然而，Chiplet在產品進步之外，仍存在許多瓶頸。

　　此前，由于生態系統問題、缺乏標準和其他因素，業界對Chiplet的采用受到限制。

　　Chiplet的目標是通過將預先開發的芯片集成到IC封裝中來減少產品開發時間和成本，因此可以在不同的節點上具有不同的功能。客戶可以混合和匹配Chiplet，并使用die到die互連方案將它們連接起來。多年來，有幾家公司推出了類似Chiplet的設計，但該模型朝著無法預期的方向發展了下去。

　　本來對于高級設計，業界通常會開發片上系統（SoC），設計公司可以在其中縮小每個節點的不同功能并將它們封裝到單芯片上，但是這種方法在每個節點都變得越來越復雜和昂貴。這是Chiplet發展的最主要原因，但也是其無法跨越的本質。

　　由于設備的類型和數量不斷增加，不是所有產品都會采用基于小芯片的方法。在某些情況下，單片芯片仍將成為成本最低的選擇。開發基于Chiplet的產品需要良好的Die、EDA、芯片到芯片互連技術。目前，往往是垂直整合的公司在研究Chiplet，因為并非所有公司都擁有內部組件。找到必要的部分并將它們整合起來，需要大量的時間和資源。

　　如果行業想要轉向支持基于Chiplet的集成系統，那不同的公司必須開始相互共享芯片IP。這是一個很大的障礙，他與過去的生意傳統相悖，即使建立標準接口，也需要設計公司、制造公司的一致努力。

　　本次，Intel、AMD等一眾公司提出新的Chiplet標準UCIe將改善這一困境，我們應該很快技能看到Chiplet的新一波爆發。

　　總體來說，單片芯片到了先進制程，很少有公司能夠在高級節點上負擔得起高昂的成本。Chiplet相對更有成本空間，將會是一種補充方案。與其說Chiplet是未來的主流，倒不如說Chiplet會給處于發展平臺期中國集成電路企業另外一種思考方式。