Chiplet的真機(jī)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(shù)創(chuàng)建行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，參與該計(jì)劃的公司包括ASE、AMD、Arm、Intel、高通、三星電子和臺(tái)積電等，新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)將被命名為UCIe，這一標(biāo)準(zhǔn)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(yù)計(jì)可以達(dá)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(fēng)潮不斷沖擊半導(dǎo)體行業(yè)，而今Chiplet已經(jīng)擴(kuò)大到半導(dǎo)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(tái)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(jì)末，多芯片技術(shù)已經(jīng)得到研究。除了華為外，其他的中國的企業(yè)也在關(guān)注Chiplet，稱其將帶來中國集成電路的重大機(jī)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(shù)節(jié)點(diǎn)上也開始進(jìn)行Chiplet的嘗試。

　　2020年的國際固態(tài)電路峰會(huì)（ISSCC）上，AMD發(fā)布了基于Zen 2的服務(wù)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(wù)器芯片上的應(yīng)用正式打開市場局面。

　　去年，AMD發(fā)布了其3D封裝技術(shù)，這是AMD與臺(tái)積電聯(lián)合研發(fā)的用于CPU封裝的技術(shù)，AMD Ryzen9 5900x處理器就運(yùn)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(gè)月，AMD在ISSCC 2022上再次透露了其Chiplet設(shè)計(jì)最新技術(shù)細(xì)節(jié)。AMD Ryzen7 5800X 3D將成為第一款包含額外堆疊緩存的消費(fèi)級(jí)處理器，這是AMD最前沿的封裝產(chǎn)品。每個(gè)Zen 3 Chiplet將包含32MB的L3緩存，由所有八個(gè)片上內(nèi)核共享，無需進(jìn)行基本的重新設(shè)計(jì)即可堆疊額外的緩存。

　　無獨(dú)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(jí)計(jì)算機(jī)提供動(dòng)力的處理器Ponte Vecchio的新細(xì)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(gè)晶體管。Ponte Vecchio處理器是使用英特爾2D集成技術(shù)Co-EMIB捆綁在一起的兩個(gè)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(tái)。這在一個(gè)封裝中結(jié)合了一個(gè)10nm處理器內(nèi)核和四個(gè)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(guān)注Chiplet。相關(guān)人士表示，在后摩爾時(shí)代，Chiplet給中國集成電路產(chǎn)業(yè)帶來了很多發(fā)展機(jī)遇。眾所周知，先進(jìn)工藝制程的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)成本很高，而且高端工藝主要由少數(shù)幾家領(lǐng)先的晶圓廠來供應(yīng)，往往產(chǎn)能有限。在成本、供應(yīng)都受限的情況下，用Chiplet這種將不同工藝節(jié)點(diǎn)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(dǎo)體在早期就與臺(tái)積電合作過Chiplet技術(shù)，在技術(shù)封鎖之下，Chiplet可能會(huì)成為華為渡過難關(guān)、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(dǎo)體公司也有了驚喜的進(jìn)步。國內(nèi)公司芯動(dòng)科技表示，國內(nèi)首款高性能服務(wù)器級(jí)顯卡GPU“風(fēng)華1號(hào)”回片測試成功。該GPU使用了INNOLINK chiplet技術(shù)，芯動(dòng)科技推出的國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)封裝技術(shù)，將不同功能不同工藝制造的Chiplet進(jìn)行模塊化封裝，成為一個(gè)異構(gòu)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(shè)計(jì)的公司，其采用Chiplet架構(gòu)所設(shè)計(jì)和推出的高端應(yīng)用處理器平臺(tái)用了12個(gè)月完成了從定義到流片返回。芯原科技表示，公司的高端應(yīng)用處理器平臺(tái)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(tái)主要面向手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦等應(yīng)用，同時(shí)還適用于自動(dòng)駕駛。

　　芯原科技董事長戴偉民曾說，Chiplet項(xiàng)目非常適用于汽車產(chǎn)品，將計(jì)算和功能模塊做成一顆顆積木一樣的Chiplet，每一顆Chiplet單獨(dú)做好車規(guī)驗(yàn)證工作，然后在升級(jí)汽車芯片的時(shí)候，像搭積木一樣拼裝起來，當(dāng)性能要求越高越多，加進(jìn)去的Chiplet就越多，而不需要每次升級(jí)都重新從頭設(shè)計(jì)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(huì)主導(dǎo)市場

　　前面提到，AMD、英特爾、臺(tái)積電、Marvell等已經(jīng)開發(fā)或演示了使用Chiplet的設(shè)備。然而，Chiplet在產(chǎn)品進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)和其他因素，業(yè)界對(duì)Chiplet的采用受到限制。

　　Chiplet的目標(biāo)是通過將預(yù)先開發(fā)的芯片集成到IC封裝中來減少產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間和成本，因此可以在不同的節(jié)點(diǎn)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(shè)計(jì)，但該模型朝著無法預(yù)期的方向發(fā)展了下去。

　　本來對(duì)于高級(jí)設(shè)計(jì)，業(yè)界通常會(huì)開發(fā)片上系統(tǒng)（SoC），設(shè)計(jì)公司可以在其中縮小每個(gè)節(jié)點(diǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn)都變得越來越復(fù)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(shè)備的類型和數(shù)量不斷增加，不是所有產(chǎn)品都會(huì)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(shù)。目前，往往是垂直整合的公司在研究Chiplet，因?yàn)椴⒎撬泄径紦碛袃?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(shí)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(gè)很大的障礙，他與過去的生意傳統(tǒng)相悖，即使建立標(biāo)準(zhǔn)接口，也需要設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)UCIe將改善這一困境，我們應(yīng)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(jìn)制程，很少有公司能夠在高級(jí)節(jié)點(diǎn)上負(fù)擔(dān)得起高昂的成本。Chiplet相對(duì)更有成本空間，將會(huì)是一種補(bǔ)充方案。與其說Chiplet是未來的主流，倒不如說Chiplet會(huì)給處于發(fā)展平臺(tái)期中國集成電路企業(yè)另外一種思考方式。