半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈全線上漲之際，Chiplet概念引發(fā)市場熱議。

8月9日，Chiplet概念股在尾盤階段經(jīng)歷資金的明顯回流，板塊個股中，大港股份已經(jīng)歷六連板，通富微電三連板，深科達當(dāng)天漲幅超10%，蘇州固锝、文一科技、氣派科技漲停，芯原股份、晶方科技、寒武紀、中京電子漲超5%。

Chiplet并不是一個新鮮的概念。研究機構(gòu)Gartner分析師盛陵海對第一財經(jīng)記者表示，臺積電和英特爾較早就已經(jīng)開發(fā)了相應(yīng)的技術(shù)，但是早年的技術(shù)成本還是較高?！暗驗槭窍冗M技術(shù)，所以有很大的想象空間。”

在機構(gòu)看來，隨著芯片制程的演進，由于設(shè)計實現(xiàn)難度更高，流程更加復(fù)雜，芯片全流程設(shè)計成本大幅增加，“摩爾定律”日趨放緩。在此背景下，Chiplet被業(yè)界寄予厚望，或?qū)牧硪粋€維度來延續(xù)摩爾定律的“經(jīng)濟效益”。

什么是Chiplet技術(shù)？

Chiplet通常被翻譯為“粒芯”或“小芯片”。單從字面意義上可以理解為更為“粒度更小的芯片”。它是一種在先進制程下提升芯片的集成度，從而在不改變制程的前提下提升算力，并保證芯片制造良品率的一種手段。

現(xiàn)代芯片制造工藝可以被視為一個無限追求摩爾定律極限的過程，而當(dāng)芯片的工藝制成突破28nm以下時，傳統(tǒng)的平面晶體管結(jié)構(gòu)便完全不能支撐進一步的微縮，而業(yè)界對此的應(yīng)對措施當(dāng)然也很直接——改結(jié)構(gòu)。

2011年初，英特爾推出了一種基于FinFET(鰭式場效應(yīng)晶體管)的商用芯片，將其使用在22nm節(jié)點的工藝上。隨后，臺積電等半導(dǎo)體代工廠也紛紛開始推出自己的FinFET芯片。到2012年，F(xiàn)inFET的應(yīng)用已開始向20nm節(jié)點和14nm節(jié)點推進。

此后為了突破平面晶體管結(jié)構(gòu)的支撐限制，GAAFET技術(shù)、MBCFET技術(shù)也相繼問世，將現(xiàn)代芯片制造一步步推向摩爾定律的極限。可隨著工藝制成邁入10nm級別，芯片制造商才真正遇到了讓其“頭疼”的問題。

不斷逼近物理極限的晶體管加工早已讓現(xiàn)有的光刻技術(shù)“不堪重負”。一味地追求極限地微縮讓芯片生產(chǎn)中出現(xiàn)地工藝誤差和加工缺陷越來越嚴重。這反應(yīng)到產(chǎn)品上便是芯片的成品率下降和器件的故障率升高。對此，傳統(tǒng)的解決方案是繼續(xù)加大投資，改善工藝，加強品控，但物理極限的天花板并不是巨量投資能夠突破的。

在這樣的背景下，研究人員給出了新的思路，既然缺陷無法避免，那么就想辦法將缺陷“擊中”的裸芯控制在一個較低的比率上。

換句話說，在缺陷“密度”確定的情況下，裸芯的面積越小，沒有被缺陷“擊中”的裸芯就越多。所以將大芯片切割成為小芯片(Chiplet)就變成了業(yè)界提升芯片良品率的一種選擇，或者說是目前為止較好的一種選擇。

舉例來說，在一顆7nm工藝制程的芯片中，一些次要的模塊可以用如22nm的較低的工藝制程做成Chiplet，再“拼裝”至7nm芯片上，原理如同搭積木一樣，這樣可以減少對7nm工藝制程的依賴。Chiplet模式也是在摩爾定律趨緩下的半導(dǎo)體工藝發(fā)展方向之一。

海外芯片巨頭構(gòu)建Chiplet標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟

到目前為止AMD、英特爾以及臺積電等多家國際頭部芯片設(shè)計企業(yè)和多家中國芯片設(shè)計企業(yè)都曾表明或已經(jīng)實現(xiàn)在產(chǎn)品中導(dǎo)入 Chiplet 設(shè)計。

據(jù)公開資料顯示，華為于2019年推出了基于Chiplet技術(shù)的7nm鯤鵬920處理器。AMD今年3月推出了基于臺積電3D Chiplet封裝技術(shù)的第三代服務(wù)器處理芯片，蘋果則推出了采用臺積電CoWos-S橋接工藝的M1 Ultra芯片。

早在2015年，AMD在放棄芯片制造多年后，表示希望通過推出“小芯片”來奪回英特爾主導(dǎo)的服務(wù)器芯片市場。AMD高級副總裁塞繆爾·納夫齊格(Samuel Naffziger) 在談到公司當(dāng)時的計劃時稱：“我們在芯片設(shè)計方面只有一顆子彈可以射中?！彼傅木褪荂hiplet。

與將大量功能打包到一塊大的硅片上不同，AMD選擇將旗艦芯片分成四個獨立的部分，并將它們拼接在一起。

“如果沒有支持小芯片的技術(shù)，那么未來芯片的生產(chǎn)制造將變得過于昂貴，并且難以繼續(xù)提供計算能力的飛躍。從長遠來看，那些較舊的芯片設(shè)計也將消耗過多的功率，在經(jīng)濟上不可行?！币晃毁Y深業(yè)內(nèi)人士告訴第一財經(jīng)記者。

通過這種“小芯片”的設(shè)計思路，AMD降低了40%的制造成本。帶來的直接好處是，AMD可以更加靈活地銷售服務(wù)器芯片，根據(jù)需要添加和移除小芯片，并能針對不同的功能選項制定不同服務(wù)器芯片的價格區(qū)間。

開發(fā)Chiplet是AMD最成功的戰(zhàn)略之一，并幫助AMD的收入從2015年的40億美元增長到去年的164億美元。

今年3月，英特爾、AMD、ARM、高通、臺積電、三星、日月光等芯片廠商與Google 云、Meta、微軟等科技巨頭還共同成立了Chiplet標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟，正式推出了通用Chiplet的高速互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)“UCIE”，旨在定義一個開放的、可互操作的標(biāo)準(zhǔn)，用于將多個Chiplet通過先進封裝的形式組合到一個封裝中。

在理想情況下，UCIE標(biāo)準(zhǔn)將允許芯片制造商混合和匹配使用不同制造工藝技術(shù)的芯片，并由不同公司制造成內(nèi)置在單個封裝內(nèi)的產(chǎn)品。這意味著將美光制造的存儲芯片、AMD制造的CPU芯片和高通制造的無線調(diào)制解調(diào)器將可以組裝在一起，這將可以大大提高性能，同時節(jié)省大量電力。

業(yè)內(nèi)人士對第一財經(jīng)記者表示，這種通用互連的Chiplet要真正實現(xiàn)可能還需要幾年時間。但不管怎樣，這代表了未來芯片發(fā)展的一個方向。

行業(yè)挑戰(zhàn)在哪兒？

根據(jù)研究機構(gòu)Omdia的報告，到2024年，采用Chiplet處理器芯片的全球市場規(guī)模將達58億美元，到2035年，這一規(guī)模有望達到570億美元。Chiplet主要適用于大規(guī)模計算和異構(gòu)計算，未來有望率先應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心應(yīng)用處理器、自動駕駛等領(lǐng)域。

盡管市場前景充滿想象，但也有部分公司對此技術(shù)路徑保持謹慎態(tài)度。

“SOC(片上系統(tǒng))做不了的，比如DRAM和XPU的集成，用Chiplet的設(shè)計正合適，現(xiàn)在關(guān)鍵的問題還是成本，所以目前的主要應(yīng)用領(lǐng)域還是局限于高性能計算機。”一位國內(nèi)從事Chiplet技術(shù)開發(fā)的企業(yè)負責(zé)人告訴第一財經(jīng)記者。

英偉達副總裁伊恩·巴克(Ian Buck)則稱，五年多前，英偉達遇到了光掩膜問題，也被稱為標(biāo)線限制(光掩膜無法打印大于850平方毫米的芯片)，但該公司并沒有選擇Chiplet的解決方案。

部分原因是由于英偉達的GPU運行方式與CPU具有本質(zhì)的不同。英偉達的芯片使用數(shù)千個計算內(nèi)核一次執(zhí)行大量相對簡單的計算，為了在不采用“小芯片”方法的情況下應(yīng)對光掩膜尺寸的限制，英偉達將精力集中在構(gòu)建所謂的“超級芯片”上。

除了技術(shù)路徑和原有賽道的偏離，對于國內(nèi)廠商而言，發(fā)展Chiplet的挑戰(zhàn)在于總體生態(tài)。

一位正在投資國內(nèi)Chiplet產(chǎn)業(yè)的企業(yè)創(chuàng)業(yè)者告訴第一財經(jīng)記者：“Chiplet在國內(nèi)的生態(tài)還沒建立，也是很有挑戰(zhàn)的一項工作。所涉及的幾項核心技術(shù)，如芯片設(shè)計、EDA/IP、封裝技術(shù)或者缺失或者處于技術(shù)發(fā)展初期。國內(nèi)單一芯片技術(shù)多數(shù)很很不成熟，例如CPU和EDA，要形成協(xié)同發(fā)展和產(chǎn)業(yè)生態(tài)就更難了。一方面需要繼續(xù)進行大量的投資和技術(shù)研發(fā)，另一方面我們也應(yīng)該積極參與國際上Chiplet相關(guān)的聯(lián)盟，與國際接軌，在制定標(biāo)準(zhǔn)方面先占據(jù)一席之地。”

（文章來源：第一財經(jīng)）