Chiplet優(yōu)勢(shì)、發(fā)展現(xiàn)狀及產(chǎn)業(yè)進(jìn)展如何？

Chiplet 是延續(xù)摩爾定律的關(guān)鍵手段。

Chiplet 通過(guò)將大型芯片分解為多個(gè)具特定功能的小 芯片，并使用先進(jìn)封裝技術(shù)將它們互聯(lián)，最終集成封裝為一個(gè)系統(tǒng)芯片。這種硅片級(jí)別的 IP 整合重用技術(shù)可以有效提高芯片的研發(fā)速度，降低研發(fā)成本和門(mén)檻。摩爾定律正在放緩，而 Chiplet 的性?xún)r(jià)比逐漸凸顯，通過(guò)突破單芯片 SoC 的諸多瓶頸，有望延續(xù)摩爾定律。

Chiplet 在設(shè)計(jì)成本、良率、制造成本、設(shè)計(jì)靈活性等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。通過(guò)將大型芯片 拆解為多個(gè)小芯片，可以提高制造良率、降低芯片制造成本、提高芯片設(shè)計(jì)的靈活性和可定 制化程度，并縮短芯片上市時(shí)間。然而，Chiplet 方案在互聯(lián)與封裝兩塊還存在一定的難點(diǎn)， 需要解決高數(shù)據(jù)吞吐量與低數(shù)據(jù)延遲和誤碼率、能效和連接距離等問(wèn)題，同時(shí)對(duì)封裝工藝也 提出了更高的要求。盡管如此，Chiplet 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)仍然使其成為延續(xù)摩爾定律的重要手段。

在高性能計(jì)算領(lǐng)域，Chiplet 技術(shù)已成為滿(mǎn)足當(dāng)下對(duì)算力需求的關(guān)鍵。通過(guò)將更多算力單元 高密度、高效率、低功耗地連接在一起，實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模計(jì)算，同時(shí)高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)將芯片級(jí)異 構(gòu)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高速預(yù)處理和數(shù)據(jù)調(diào)度，非先進(jìn)制程構(gòu)建 Cache 提高片上 Cache 的容量和性?xún)r(jià)比， 3D 近存技術(shù)降低存儲(chǔ)訪問(wèn)功耗，從而滿(mǎn)足大模型參數(shù)需求。服務(wù)器、自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域適合 Chiplet 落地場(chǎng)景，而消費(fèi)電子由于對(duì)輕薄、功耗要求較高，不太適合應(yīng)用 Chiplet。隨著算 力、存儲(chǔ)等需求升級(jí)，Chiplet 有望在未來(lái)得到更加廣泛的應(yīng)用。國(guó)際巨頭廠商已經(jīng)布局 Chiplet 在高性能計(jì)算領(lǐng)域的應(yīng)用，如英特爾發(fā)布了基于 Chiplet 技術(shù)的數(shù)據(jù)中心 GPU，AMD 發(fā)布了APU,蘋(píng)果則與臺(tái)積電合作開(kāi)發(fā)了UltraFusion封裝技術(shù)。在AI芯片領(lǐng)域，運(yùn)用Chiplet 模式的異構(gòu)集成方案可以大幅降低芯片設(shè)計(jì)投入門(mén)檻及風(fēng)險(xiǎn)，有效解決下游客戶(hù)難以平衡的 核心痛點(diǎn)，國(guó)際巨頭廠商與國(guó)內(nèi)領(lǐng)先廠商都在 AI 芯片的運(yùn)用上做了不同突破。 中國(guó)首款基于 Chiplet 的 AI 芯片“啟明 930”為北極雄芯開(kāi)發(fā)，該芯片采用 12nm 工藝生產(chǎn)， 中央控制芯粒采用 RISC-V CPU 核心，可通過(guò)高速接口搭載多個(gè)功能型芯粒，并基于全國(guó)產(chǎn) 基板材料以及 2.5D 封裝，做到算力可拓展，提供 8-20TOPS（INT8）稠密算力來(lái)適應(yīng)不同場(chǎng) 景，目前已與多家 AI 下游場(chǎng)景合作伙伴進(jìn)行測(cè)試。

Chiplet 技術(shù)被視為”異構(gòu)”技術(shù)的焦點(diǎn)，已是當(dāng)下最被企業(yè)所認(rèn)可的新型技術(shù)之一。2022 年 3 月，英特爾、AMD、Arm、高通、三星、臺(tái)積電、日月光、Google Cloud、Meta、微軟等全球 領(lǐng)先的芯片廠商共同成立了 UCIe 聯(lián)盟，UCIe 聯(lián)盟的建立旨在促進(jìn) Chiplet 模式的應(yīng)用發(fā)展， 越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始研發(fā) Chiplet 相關(guān)產(chǎn)品。中國(guó)首個(gè)原生 Chiplet 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，有助于 行業(yè)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。據(jù) Gartner 統(tǒng)計(jì)，Chiplet 市場(chǎng)規(guī)模在 2024 年將達(dá)到 505 億美 元，復(fù)合年增長(zhǎng)率高達(dá) 98%。先進(jìn)封裝市場(chǎng)的發(fā)展為 Chiplet 市場(chǎng)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，隨著技 術(shù)的不斷進(jìn)步，Chiplet 市場(chǎng)將迎來(lái)更廣闊的發(fā)展空間。

隨著 Chiplet 技術(shù)的普及，封測(cè)環(huán)節(jié)在產(chǎn)業(yè)鏈中的地位日益重要。Chiplet 技術(shù)發(fā)展早期往 往局限于企業(yè)內(nèi)部獨(dú)立研發(fā)和應(yīng)用，且僅應(yīng)用于一些高端產(chǎn)品，如服務(wù)器和高性能計(jì)算等， 組裝和測(cè)試等方面仍存在技術(shù)瓶頸。隨著 Chiplet 技術(shù)的不斷成熟和商業(yè)化推廣，越來(lái)越多 的芯片廠商、設(shè)計(jì)公司和封測(cè)廠開(kāi)始使用 Chiplet 技術(shù)，Chiplet 的商業(yè)化應(yīng)用趨勢(shì)也促進(jìn) 了整個(gè)芯片生態(tài)系統(tǒng)的升級(jí)和發(fā)展。Chiplet 產(chǎn)業(yè)鏈主鏈有四大環(huán)節(jié)，包括芯粒、芯片設(shè)計(jì)、 封裝生產(chǎn)和系統(tǒng)應(yīng)用，支撐環(huán)節(jié)包括芯粒生產(chǎn)、設(shè)計(jì)平臺(tái)、EDA 工具、封裝基板、封測(cè)設(shè)備 等領(lǐng)域。從 Chiplet 產(chǎn)業(yè)鏈邏輯看，芯片設(shè)計(jì)和封裝處于鏈條中心環(huán)節(jié)，且與后端系統(tǒng)應(yīng)用 緊密聯(lián)動(dòng)，而晶圓廠則被前置，成為芯粒提供商的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。 專(zhuān)業(yè)公司提供的芯粒可以?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)和制造過(guò)程，提高生產(chǎn)效率，降低成本。芯片設(shè)計(jì)師需要 考慮每個(gè)小型芯片的性能要求和接口通信方式，利用 EDA 工具進(jìn)行設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和仿真。同時(shí)， 封測(cè)環(huán)節(jié)面臨高密度互聯(lián)帶來(lái)的工藝挑戰(zhàn)，如散熱、供電等問(wèn)題，需要不斷提升技術(shù)水平以 保證良率。Chiplet 技術(shù)已廣泛應(yīng)用于云、AI 等領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外企業(yè)也紛紛推出基于 Chiplet 的產(chǎn)品。

全球廠商紛紛加碼布局 Chiplet 先進(jìn)封裝技術(shù)。臺(tái)積電的3DFabric 技術(shù)已應(yīng)用于 FPGA、CPU、 GPU 等芯片，而 Intel 主導(dǎo)的 EMIB 技術(shù)則實(shí)現(xiàn)了高效高密度封裝。三星也在積極投資 3D 封 裝技術(shù)，以滿(mǎn)足 HPC 應(yīng)用的發(fā)展需求。日月光憑借 FOCoS 技術(shù)成為唯一擁有超高密度扇出解 決方案的供應(yīng)商。這些先進(jìn)封裝技術(shù)正促進(jìn)全球芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

中國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)緊跟產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)，加快布局 Chiplet 先進(jìn)封裝技術(shù)。長(zhǎng)電科技推出的面向 Chiplet 小芯片的高密度多維異構(gòu)集成技術(shù)平臺(tái) XDFOITM可實(shí)現(xiàn) TSV-less 技術(shù)，達(dá)到性能和 成本的雙重優(yōu)勢(shì)；通富微電在先進(jìn)封裝方面公司已大規(guī)模生產(chǎn) Chiplet 產(chǎn)品，7nm 產(chǎn)品已大 規(guī)模量產(chǎn)，5nm 產(chǎn)品已完成研發(fā)即將量產(chǎn)；華天科技已量產(chǎn) Chiplet 產(chǎn)品，主要應(yīng)用于 5G 通 信、醫(yī)療等領(lǐng)域。后摩爾時(shí)代，Chiplet 由于高性能、低功耗、高面積使用率以及低成本的 優(yōu)勢(shì)，在延續(xù)摩爾定律的“經(jīng)濟(jì)效益”方面被寄予厚望。Chiplet 芯片設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)能夠降低大 規(guī)模芯片設(shè)計(jì)的門(mén)檻，給中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)帶來(lái)巨大發(fā)展機(jī)遇。