Chiplet的真機遇和大挑戰

　　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，這一標準或將帶來(lái)Chiplet的再次變革。

　　Omdia數據顯示，全球Chiplet市場(chǎng)到2024年預計可以達到58億美元，到2035年將成長(cháng)至570億美元。AMD 2021年重磅宣布Chiplet以來(lái)，Chiplet的風(fēng)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(wèn)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(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(chēng)其將帶來(lái)中國集成電路的重大機遇。

Chiplet現今如何？

　　AMD將Chiplet帶火，也將Chiplet做精，英特爾則后發(fā)趕上，在IDM2.0的規劃下，GPU、CPU和技術(shù)節點(diǎn)上也開(kāi)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A(yíng)MD服務(wù)器芯片上的應用正式打開(kāi)市場(chǎng)局面。

　　去年，AMD發(fā)布了其3D封裝技術(shù)，這是AMD與臺積電聯(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設計最新技術(shù)細節。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(gè)Zen 3 Chiplet將包含32MB的L3緩存，由所有八個(gè)片上內核共享，無(wú)需進(jìn)行基本的重新設計即可堆疊額外的緩存。

　　無(wú)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(dòng)力的處理器Ponte Vecchio的新細節，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(guò)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。這在一個(gè)封裝中結合了一個(gè)10nm處理器內核和四個(gè)22nm處理器內核。

積極追趕的國內公司

　　國內公司也在積極關(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(lái)了很多發(fā)展機遇。眾所周知，先進(jìn)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幾家領(lǐng)先的晶圓廠(chǎng)來(lái)供應，往往產(chǎn)能有限。在成本、供應都受限的情況下，用Chiplet這種將不同工藝節點(diǎn)的die混合封裝在一起的方式，是未來(lái)芯片的重要趨勢之一。

　　華為是國內最早嘗試Chiplet的一批公司，海思半導體在早期就與臺積電合作過(guò)Chiplet技術(shù)，在技術(shù)封鎖之下，Chiplet可能會(huì )成為華為渡過(guò)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)半導體公司也有了驚喜的進(jìn)步。國內公司芯動(dòng)科技表示，國內首款高性能服務(wù)器級顯卡GPU“風(fēng)華1號”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)標準封裝技術(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)異構集成芯片。

　　此外，芯原科技也是國內為數不多提供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(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(shí)還適用于自動(dòng)駕駛。

　　芯原科技董事長(cháng)戴偉民曾說(shuō)，Chiplet項目非常適用于汽車(chē)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(chē)規驗證工作，然后在升級汽車(chē)芯片的時(shí)候，像搭積木一樣拼裝起來(lái)，當性能要求越高越多，加進(jìn)去的Chiplet就越多，而不需要每次升級都重新從頭設計一顆大芯片，然后重新走車(chē)規流程。這種模式也可以增加汽車(chē)芯片的可靠性。

Chiplet不會(huì )主導市場(chǎng)

　　前面提到，AMD、英特爾、臺積電、Marvell等已經(jīng)開(kāi)發(fā)或演示了使用Chiplet的設備。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)系統問(wèn)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(guò)將預先開(kāi)發(fā)的芯片集成到IC封裝中來(lái)減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本，因此可以在不同的節點(diǎn)上具有不同的功能?？蛻?hù)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(lái)。多年來(lái)，有幾家公司推出了類(lèi)似Chiplet的設計，但該模型朝著(zhù)無(wú)法預期的方向發(fā)展了下去。

　　本來(lái)對于高級設計，業(yè)界通常會(huì )開(kāi)發(fā)片上系統（SoC），設計公司可以在其中縮小每個(gè)節點(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)節點(diǎn)都變得越來(lái)越復雜和昂貴。這是Chiplet發(fā)展的最主要原因，但也是其無(wú)法跨越的本質(zhì)。

　　由于設備的類(lèi)型和數量不斷增加，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(kāi)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，因為并非所有公司都擁有內部組件。找到必要的部分并將它們整合起來(lái)，需要大量的時(shí)間和資源。

　　如果行業(yè)想要轉向支持基于Chiplet的集成系統，那不同的公司必須開(kāi)始相互共享芯片IP。這是一個(gè)很大的障礙，他與過(guò)去的生意傳統相悖，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(lái)說(shuō)，單片芯片到了先進(jìn)制程，很少有公司能夠在高級節點(diǎn)上負擔得起高昂的成本。Chiplet相對更有成本空間，將會(huì )是一種補充方案。與其說(shuō)Chiplet是未來(lái)的主流，倒不如說(shuō)Chiplet會(huì )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。