Chiplet的真機遇和大挑戰(zhàn)

　　全球主要芯片制造商們昨日宣布，他們正合作為Chiplet技術創(chuàng)建行業(yè)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(yè)標準將被命名為UCIe，這一標準或?qū)鞢hiplet的再次變革。

　　Omdia數(shù)據(jù)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(yè)，而今Chiplet已經(jīng)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(chǎn)品已經(jīng)發(fā)布。甚至在上世紀末，多芯片技術已經(jīng)得到研究。除了華為外，其他的中國的企業(yè)也在關注Chiplet，稱其將帶來中國集成電路的重大機遇。

Chiplet現(xiàn)今如何？

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

　　2020年的國際固態(tài)電路峰會（ISSCC）上，AMD發(fā)布了基于Zen 2的服務器產(chǎn)品的多種Chiplet策略，只要三種die即可以創(chuàng)建產(chǎn)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(fā)布了其3D封裝技術，這是AMD與臺積電聯(lián)合研發(fā)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(guī)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(jié)。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(chǎn)品。每個Zen 3 Chiplet將包含32MB的L3緩存，由所有八個片上內(nèi)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(chǎn)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(jié)，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(jié)合了一個10nm處理器內(nèi)核和四個22nm處理器內(nèi)核。

積極追趕的國內(nèi)公司

　　國內(nèi)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(chǎn)業(yè)帶來了很多發(fā)展機遇。眾所周知，先進工藝制程的設計和生產(chǎn)成本很高，而且高端工藝主要由少數(shù)幾家領先的晶圓廠來供應，往往產(chǎn)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(jié)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(nèi)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(chǎn)半導體公司也有了驚喜的進步。國內(nèi)公司芯動科技表示，國內(nèi)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(chǎn)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(nèi)為數(shù)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(chǎn)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(guī)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(guī)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(jīng)開發(fā)或演示了使用Chiplet的設備。然而，Chiplet在產(chǎn)品進步之外，仍存在許多瓶頸。

　　此前，由于生態(tài)系統(tǒng)問題、缺乏標準和其他因素，業(yè)界對Chiplet的采用受到限制。

　　Chiplet的目標是通過將預先開發(fā)的芯片集成到IC封裝中來減少產(chǎn)品開發(fā)時間和成本，因此可以在不同的節(jié)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(fā)展了下去。

　　本來對于高級設計，業(yè)界通常會開發(fā)片上系統(tǒng)（SoC），設計公司可以在其中縮小每個節(jié)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(jié)點都變得越來越復雜和昂貴。這是Chiplet發(fā)展的最主要原因，但也是其無法跨越的本質(zhì)。

　　由于設備的類型和數(shù)量不斷增加，不是所有產(chǎn)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(fā)基于Chiplet的產(chǎn)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(nèi)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(yè)想要轉(zhuǎn)向支持基于Chiplet的集成系統(tǒng)，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(tǒng)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(fā)。

　　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(jié)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(fā)展平臺期中國集成電路企業(yè)另外一種思考方式。