AI助力半導體走出底部周期 Chiplet產業(yè)化仍待時日

處于周期底部已久的半導體行業(yè)有望迎來曙光。

　　今年三季度以來，中國集成電路產業(yè)略有回暖，但由于需求較弱，特別是受消費類電子產品下降影響，形勢依然很嚴峻。

　　據中國半導體行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2023年1-9月中國集成電路產業(yè)銷售額為8096.5億元，同比增長2.4%（上半年是0.5%）。其中，設計業(yè)同比增長6.5%（上半年是6.3%），銷售額3750.6億元；制造業(yè)同比增長1.1%（上半年是下降1.5%），銷售額為2389.1億元；封裝測試業(yè)同比下降3.2%（上半年是下降6.8%），銷售額1956.8億元。

　　但隨著AI技術變革帶來的巨大算力需求，以及Chiplet等先進封裝技術的出現(xiàn)，一些新的增長點也在悄然出現(xiàn)。

　　近日，中國半導體行業(yè)協(xié)會封測分會秘書長徐冬梅在2023中國臨港國際半導體大會高峰論壇上對21世紀經濟報道記者分析稱，目前半導體行業(yè)正處于周期底部且需求向上切換之際，隨后可能會出現(xiàn)強勁的復蘇。2024年全球半導體銷售額可能會增長11.8%，今年的基數(shù)比較低，明年會達到5759.97億美元，創(chuàng)歷史新高。屆時幾乎所有地區(qū)都有望持續(xù)增長，美洲和亞太地區(qū)或將呈現(xiàn)兩位數(shù)同比增長。

　　“具體來看，以數(shù)據中心及云計算為基礎的數(shù)字社會建設，對高性能計算及大容量存儲形成強需求，算力時代的到來需要高密度封裝技術支撐。傳統(tǒng)燃油車向新能源車及智能汽車轉變，功率模塊封裝需求激增，以AI技術為核心的自動駕駛將帶動車載先進封裝需求。”徐冬梅說。

　　AI催生半導體走向“智算一體”

　　今年以來，生成式AI正在成為半導體行業(yè)新的業(yè)務增長點。

　　但與此同時，從年初的ChatGPT大模型發(fā)布開始，國內各大廠商紛紛跟進發(fā)布各類大模型，但21世紀經濟報道記者梳理發(fā)現(xiàn)，今年發(fā)布的所有大模型參數(shù)基本都停留在千億級的量級，這背后原因為何？

　　對此，蘋芯科技產品市場總監(jiān)王菁對記者分析稱，一方面，當前無論是單芯片所能夠提供的算力，還是算力集群所能提供的系統(tǒng)級別的算力集群支撐，都達到了峰值。

　　另一方面，支撐所有大模型，包括所有的算力基礎設施的建設和運營的相關成本也達到了天文數(shù)字。

　　“因此在一個新的智能化時代，行業(yè)對芯片提出了新的要求，即我們會更關注于能效比的指標。在提供一定的計算量的基礎上，我們會追求更低的成本投入、時間投入，以及能耗投入，我們一直都在追求計算的高效率。存算一體就是順應這種潮流所開發(fā)出來的新技術?！?/span>

　　億鑄科技創(chuàng)始人、董事長兼CEO熊大鵬在論壇上也表達了類似的觀點，他表示，一方面，隨著當前人工智能模型越來越大，對算力要求也越來越大，另一方面，當前存儲墻的問題越來越嚴重。

　　在他看來，這會導致兩個問題，首先對于部署端來說，部署一個用戶體驗比較好的系統(tǒng)所需要的投資非常大。其次，在把這一系統(tǒng)建起來之后，運營的成本也非常高。

　　“我們做過一個初步的估算，如果是1億人同時在線，按照今天的價錢大概需要的投資是3000億-5000億美金，每一年僅僅是電費，不包括其他的費用，大概是將近100億美金，所以大模型當然給大家?guī)砀鞣N以前不曾有過的新機會，包括一些非常好的體驗，但同時要把這個系統(tǒng)建起來，所需要的投資非常大。即使這個投資投上去了，將來我們要去維護這樣的系統(tǒng)，它的開銷也非常大。”熊大鵬說道。

　　在這一背景下，熊大鵬表示，“存算一體”——包括以存算一體為基礎的各種解決方案或者新的技術，應該是解決這個問題的終極方案之一。

　　臺積電(中國)有限公司副總經理陳平則指出，無論是云端，還是在端側應用，當前AIGC對工藝的要求都主要圍繞著算力和能效比兩點展開。從算力方面來看，要用大模型必須有大算力，大算力是支撐大模型的一個必要條件?！八懔τ诠に噥碚f意味著更高的集成度，在單位面積里集成更多的晶體管。”

　　第二個因素則是能效比。陳平表示，目前數(shù)據中心的主要成本就是電和冷卻。而如果器件端能夠降低20-30%的功耗，那么對整體成本的影響是巨大的。

　　先進封裝技術嶄露頭角

　　自去年開始，由于全球經濟前景不確定性導致需求下降，疊加芯片產能過剩，過高庫存需要消化，而進入2023年后，情況并未出現(xiàn)明顯好轉，終端市場產品需求下降，集成電路行業(yè)景氣度下滑，訂單不飽滿，產能利用率不足。

　　“當前封測行業(yè)市場競爭非常激烈，較多中小企業(yè)仍在持續(xù)虧本運營的狀態(tài)。但經歷了近兩年的下行周期，封測企業(yè)去庫存基本完成或接近尾聲，部分品類價格已經率先走出底部，逐漸進入觸底回升階段?！毙於穼τ浾哒f。

　　從中國市場來看，今年以來的GPT算力提升需求進一步推動著Chiplet技術發(fā)展，先進封裝技術也開始吸引越來越多市場參與者的目光。

　　從技術原理來看，傳統(tǒng)的SoC芯片是將具有不同功能單元的完整系統(tǒng)集成在單個芯片中，統(tǒng)一制造、統(tǒng)一封裝，形成高度集成系統(tǒng)，其信息傳遞效率更高、體積更小，缺點在于其設計開發(fā)的周期更長，技術要求更復雜，開發(fā)成本更高。

　　Chiplet技術是將芯片按照功能單元分解成多個小芯粒，每個芯粒選擇最適合的工藝制造，再通過先進封裝技術實現(xiàn)芯粒間高速互聯(lián)，形成系統(tǒng)級芯片，具有多種優(yōu)勢。

　　市場空間方面，據Omdia數(shù)據預測，Chiplet市場規(guī)模到2024年將達到58億美元，2035年則將超過570億美元。

　　但在行業(yè)對Chiplet抱有極大期待的同時，相關爭論也開始出現(xiàn)，有觀點認為，是否現(xiàn)在把幾個芯片拼在一起就可以取代掉一個先進工藝？

　　在陳平看來，這一答案是否定的。“Chiplet雖然擴展了芯片，但改變不了芯片的品質，即能效比和算力密度，所以我們需要繼續(xù)提升?，F(xiàn)在3納米已經進入了大規(guī)模量產，2納米看起來也已經呼之欲出了。再繼續(xù)往下，我們的工藝工程師還在努力?！?/span>

　　與此同時，徐冬梅也指出，當前我國先進封裝關鍵設備及材料尚未實現(xiàn)自主可控：先進封裝測試技術所需的關鍵封裝、測試用設備和材料主要依賴進口，因此我國封裝領域總體仍以傳統(tǒng)的中低端封裝為主，總體先進封裝技術水平與國際先進水平還有一定差距，未來需要政府、產業(yè)、高校協(xié)同發(fā)力，合力打造良好的產業(yè)發(fā)展生態(tài)，推動產業(yè)高端突破。