? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 中國版Chiplet標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布? 或重塑全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2023-01-07? 青野云麓

2023-01-07? 04:12 中國經(jīng)營報官方帳號

本報記者 李玉洋 上海報道

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在中國首個原生Chiplet（芯粒，也稱小芯片，是指預(yù)先制造好、具有特定功能、可組合集成的晶片）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后，Chiplet概念股迎來一波走強勢頭。

日前，由中國集成電路領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)和專家共同主導(dǎo)制定的《小芯片接口總線技術(shù)要求》團體標(biāo)準(zhǔn)，正式通過工信部中國電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會的審定并發(fā)布。據(jù)悉，該技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對中國集成電路產(chǎn)業(yè)延續(xù)“摩爾定律”，突破先進制程工藝限制具有重要意義。

2022年3月，Intel、AMD、ARM、高通、三星、臺積電、日月光、Google Cloud、Meta和微軟等巨頭成立Chiplet標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟，制定了通用Chiplet的高速互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)“Universal Chiplet Interconnect Express”（以下簡稱“UCIe”），而中國首個Chiplet技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，是因產(chǎn)業(yè)發(fā)展“順勢而為”。在有了UCIe這樣的國際標(biāo)準(zhǔn)，中國還需要一套屬于自己的Chiplet技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)嗎？

對此，作為小芯片標(biāo)準(zhǔn)的主要發(fā)起人和起草人，中國計算機互連技術(shù)聯(lián)盟（CCITA）秘書長郝沁汾表示，在國內(nèi)研發(fā)先進制程受到客觀影響的大背景下，企業(yè)對于屬于中國的Chiplet技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的訴求是比較強烈的，很多國內(nèi)廠商都希望去應(yīng)用Chiplet技術(shù)，也希望國內(nèi)推動這一技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化。

而芯謀研究總監(jiān)王笑龍告訴《中國經(jīng)營報》記者：“政治干預(yù)經(jīng)濟，美國要孤立中國，中國當(dāng)然要有自己的標(biāo)準(zhǔn)，沒辦法完全看國際標(biāo)準(zhǔn)。”電子創(chuàng)新網(wǎng)CEO張國斌也認(rèn)為，中國版Chiplet技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布具有兩重意義，一是防止標(biāo)準(zhǔn)被政治因素影響，二是以這個標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，打造中國的Chiplet產(chǎn)業(yè)體系。

需有中國版的Chiplet技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

時間退回到2020年8月，中科院計算所牽頭成立了中國計算機互連技術(shù)聯(lián)盟，重點圍繞Chiplet小芯片和微電子芯片光I/O（輸入/輸出）成立了兩個標(biāo)準(zhǔn)工作組，就前者而言，CCITA于2021年5月在工信部立項了Chiplet標(biāo)準(zhǔn)，即《小芯片接口總線技術(shù)要求》，由中科院計算所、工信部電子四院和國內(nèi)多個芯片廠商合作展開標(biāo)準(zhǔn)制定工作。小芯片接口標(biāo)準(zhǔn)制定集結(jié)了國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈上下游60多家單位共同參與研究。

據(jù)了解，中國自建的Chiplet技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)描述了CPU、GPU、人工智能芯片、網(wǎng)絡(luò)處理器和網(wǎng)絡(luò)交換芯片等應(yīng)用場景的小芯片接口總線技術(shù)要求，包括總體概述、接口要求、鏈路層、適配層、物理層和封裝要求等，以靈活應(yīng)對不同的應(yīng)用場景、適配不同能力的技術(shù)供應(yīng)商，通過對鏈路層、適配層、物理層的詳細(xì)定義，實現(xiàn)在小芯片之間的互連互通，并兼顧了PCIe（一種高速串行計算機擴展總線標(biāo)準(zhǔn)）等現(xiàn)有協(xié)議的支持，列出了對封裝方式的要求。

“Chiplet是大勢所趨，隨著摩爾定律逐漸放緩，需要高級封裝技術(shù)繼續(xù)提升芯片或者模組的晶體管密度。”張國斌表示，UCIe主要是由幾家國際大廠來主導(dǎo)，中國廠商扮演跟隨角色，“要推必須是代工廠、封測廠、芯片設(shè)計企業(yè)一起搞”。對此，半導(dǎo)體行業(yè)資深觀察人士王如晨觀點更為直接，他認(rèn)為UCIe對相關(guān)中國企業(yè)明顯有排他性。

截至目前，基于Chiplet架構(gòu)進行芯片設(shè)計，但由于技術(shù)門檻較高，如果只靠自身完成全部設(shè)計，需要芯片廠商具備從芯片整體的架構(gòu)設(shè)計到其中并行或者串行物理層接口，甚至先進封裝的能力，當(dāng)下只有Intel公司能做到；因此，在我國首先需形成完整的、面向Chiplet架構(gòu)設(shè)計芯片的社會分工，在此基礎(chǔ)上，形成Chiplet標(biāo)準(zhǔn)則更加重要。

王笑龍表示：“在目前形勢下，美國不想帶中國玩，所以說Chiplet我們肯定要搞，在參考國際標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，我們也要提自己的一些東西，獨立自主加上盡可能國際合作的雙結(jié)合?！?/span>

郝沁汾也持有類似觀點。他表示，中國小芯片標(biāo)準(zhǔn)更偏重本土化的需求，與UCIe并不是競爭關(guān)系，目前CCITA已經(jīng)在考慮和Intel UCIe在物理層上兼容，以降低IP廠商支持多種Chiplet標(biāo)準(zhǔn)的成本。

“我們自己制定Chiplet標(biāo)準(zhǔn)，除了參照企業(yè)的設(shè)計研發(fā)能力外，還要切實參考國內(nèi)的生產(chǎn)制造的能力?！蓖跣堁a充說。

規(guī)?；涞厥翘魬?zhàn)

在王如晨看來，中國推出自己的Chiplet技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)時間緊迫，“這個動作對中國來說更現(xiàn)實，我們不僅遭受摩爾定律困擾，還遭受鉗制”。

他認(rèn)為，在成熟的工藝區(qū)間，尤其14納米或再進一步的節(jié)點，如果全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同一體，反而能化解很多挑戰(zhàn)，并能驅(qū)動上游被鉗制的環(huán)節(jié)進步?！爸袊@方面確實也有自己的差異化優(yōu)勢，一是產(chǎn)業(yè)鏈完整，二是市場因素。大國體量或者巨型市場的好處，就是一旦縱橫兩個維度協(xié)同起來，一個領(lǐng)域很容易上規(guī)模。這就可能會與美國脅迫的同類聯(lián)盟，形成兩大生態(tài)，也是芯片行業(yè)的兩種商業(yè)、供應(yīng)鏈操作系統(tǒng)?！?/span>

言下之意，中國制定自己的Chiplet技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，通過成熟制程實現(xiàn)Chiplet的堆疊封裝能從一定程度緩解對先進制程的依賴，特別是在中美科技爭端持續(xù)的背景下。然而，難點也有不少。

“一是雖然由官方主導(dǎo)，但市場化要素會有自己的考量，畢竟有些企業(yè)所在賽道沒被鉗制，或者受影響較小，積極性不夠，未來利益不均；二是Chiplet這個領(lǐng)域還是有技術(shù)挑戰(zhàn)的，不可能只停留在成熟工藝，畢竟各家所處領(lǐng)域、應(yīng)用場景不同，消費互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)以及更多場景的產(chǎn)品與技術(shù)訴求不統(tǒng)一，前者演進要更快。”王如晨說。

他還表示，大部分企業(yè)通常能突破部分供應(yīng)鏈鉗制，長期看中國真正遭受壓力的，其實是產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施以及相關(guān)場景?！懊绹驌舻闹饕侵袊I(yè)數(shù)字支撐力，尤其產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、AI底層等要素，很多口實落在軍事、軍民兩用等上面?！蓖跞绯空f。

隨著國內(nèi)首個原生Chiplet技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，不少上市公司借機向外界釋放量產(chǎn)消息，Chiplet概念股持續(xù)走強。對此，王如晨表示：“炒作也正常，芯片行業(yè)近幾年來一直在炒作，關(guān)鍵還是看能不能落地，真能落地的話，還是會有一定聲量。畢竟有市場因素，一旦上規(guī)模，就能形成事實性的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以中國在全球供應(yīng)鏈中的地位，尤其是制造業(yè)、終端、中間產(chǎn)品的競爭力，輻射海外，也會有自己的一定地盤?！?/span>

他指出，現(xiàn)在的供應(yīng)鏈乃至產(chǎn)業(yè)競爭，很少是單一企業(yè)的競爭，而呈現(xiàn)為聯(lián)盟、生態(tài)之間的競爭。Chiplet技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)雖然已經(jīng)發(fā)布，但切忌內(nèi)卷、內(nèi)耗和反復(fù)妥協(xié)。

“如果沒有熱情，只是狹義的半導(dǎo)體公司、官方機構(gòu)，即便有幾家系統(tǒng)或終端企業(yè)（手機、PC、家電或物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)）參與，還是很難發(fā)展好，得有基礎(chǔ)設(shè)施類企業(yè)才能產(chǎn)生更大的協(xié)同?！蓖跞绯勘硎?，沒有基礎(chǔ)類公司參與，Chiplet也很難規(guī)?；?，BAT、京東、抖音、拼多多背后對半導(dǎo)體的需求很大，且更能匹配成熟工藝。

“2013年，臺積電創(chuàng)始人張忠謀就說，未來影響全球半導(dǎo)體行業(yè)的公司，會有華為、阿里巴巴這些類型的企業(yè)，華為是一個維度，阿里巴巴是另一個維度。”王如晨表示。

《Chiplet生逢其時，中國半導(dǎo)體企業(yè)如何借此破局？｜芯片行業(yè)觀察》

2022-08-02? 10:43? 張通社? 上海

編者按：

作為半導(dǎo)體EDA領(lǐng)域新秀企業(yè)之一的瞬曜EDA近日與張通社聯(lián)合打造了“芯片行業(yè)觀察”欄目，通過結(jié)合媒體人與芯片行業(yè)從業(yè)者的認(rèn)知與觀點，旨在分享半導(dǎo)體行業(yè)現(xiàn)狀與趨勢，以饗讀者，歡迎留言交流。

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近年來，關(guān)于“摩爾定律”即將走向終結(jié)的觀點大行其道，“后摩爾時代”已成為業(yè)內(nèi)一大熱詞。隨之而來的問題是，如何在現(xiàn)有的工藝制程下，既能繼續(xù)提升芯片的性能，又能保持成本不變或降低？

處于風(fēng)口當(dāng)中的Chiplet技術(shù)，正被不少業(yè)內(nèi)人士視為摩爾定律放緩之后、中國半導(dǎo)體企業(yè)彎道超車的機會。尤其是華為被美國制裁、先進芯片受制之后，Chiplet備受市場關(guān)注。據(jù)Omdia報告，到2024年，Chiplet的市場規(guī)模將達(dá)到58億美元，2035年則超過570億美元，Chiplet的全球市場規(guī)模將迎來快速增長。

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事實上，Chiplet并非是一個新的概念，其概念最早源于1970年代誕生的多芯片模組，即由多個同質(zhì)或異質(zhì)的較小芯片組成大芯片，也就是從原來設(shè)計在同一個SoC中的芯片，被分拆成許多不同的小芯片分開制造再加以封裝或組裝，故稱此分拆之芯片為“小芯片”（Chiplet）。

2015年，Marvell創(chuàng)始人周秀文博士在ISSCC 2015上提出MoChi（Modular Chip，模塊化芯片）概念，這是Chiplet最早的雛形。近年來，這個概念開花結(jié)果，AMD、英特爾、臺積電、英偉達(dá)等國際芯片巨頭均開始紛紛入局Chiplet。同時，隨著入局的企業(yè)越來越多，設(shè)計樣本也越來越多，開發(fā)成本也開始下降，大大加速了Chiplet生態(tài)發(fā)展。

01.Chiplet：延續(xù)摩爾定律的新法寶

目前，主流系統(tǒng)級單芯片（SoC）都是將多個負(fù)責(zé)不同類型計算任務(wù)的計算單元，通過光刻的形式制作到同一塊晶圓上。作為先進封裝技術(shù)的代表，Chiplet走向了和傳統(tǒng)SoC完全不同的道路。它將復(fù)雜芯片拆解成一組具有單獨功能的小芯片單元die（裸片），通過die-to-die將模塊芯片和底層基礎(chǔ)芯片封裝組合在一起，類似于搭建樂高積木，形成一個系統(tǒng)芯片，以實現(xiàn)一種新形式的IP復(fù)用。

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Chiplet技術(shù)的發(fā)展和興起，既是技術(shù)發(fā)展需要，也是經(jīng)濟規(guī)律的驅(qū)動。如今單品出貨上億的手機SoC研發(fā)成本往往達(dá)到10億美元以上，而物聯(lián)網(wǎng)細(xì)分領(lǐng)域的出貨和利潤難以覆蓋這樣的研發(fā)投入。為此，芯片行業(yè)正在積極探索在單個封裝里實現(xiàn)分解SoC、多芯片異構(gòu)集成的Chiplet技術(shù)，來平衡這種研發(fā)投入上升和出貨量下降之間的矛盾。

從其技術(shù)特點和當(dāng)前進展綜合來看，Chiplet的優(yōu)勢主要歸結(jié)為幾個方面：首先，Chiplet可以大幅提高大型芯片的良率。目前在高性能計算、AI等方面的巨大運算需求，推動了邏輯芯片內(nèi)的運算核心數(shù)量快速上升，同時配套的SRAM容量、I/O數(shù)量也在大幅提升，整個芯片晶體管數(shù)量暴漲。而通過Chiplet設(shè)計，可將超大型的芯片按照不同的功能模塊切割成獨立的小芯片，進行分開制造，既能有效改善良率，也能夠降低因不良率導(dǎo)致的成本。

其次，Chiplet可以降低設(shè)計的復(fù)雜度和設(shè)計成本。若在芯片設(shè)計階段，就將大規(guī)模的SoC按照不同的功能模塊分解為一個個的芯粒，那么部分芯?？梢宰龅筋愃颇K化的設(shè)計，而且可以重復(fù)運用在不同的芯片產(chǎn)品當(dāng)中。這樣可以大幅降低芯片設(shè)計的難度和設(shè)計成本，同時也有利于后續(xù)產(chǎn)品的迭代，加速產(chǎn)品的上市周期。

此外，Chiplet還能降低芯片制造的成本。將SoC進行Chiplet化之后，不同的芯?？梢愿鶕?jù)需要來選擇合適的工藝制程分開制造，然后再通過先進封裝技術(shù)進行組裝，不需要全部都采用先進的制程在一塊晶圓上進行一體化制造，這樣可以極大的降低芯片的制造成本。

盡管優(yōu)勢突出，并不是所有芯片都適合使用Chiplet，不少情況下單顆集成的系統(tǒng)芯片會更有價值。相較之下，AI芯片對于芯片的設(shè)計規(guī)模要求最高，且需整合高頻寬記憶體，高速I/O、高速網(wǎng)絡(luò)等模組。Chiplet架構(gòu)一般采用3D集成方案，減小了芯片面積，擴展了空間，是對AI芯片最佳、最具經(jīng)濟效益的設(shè)計。

此外，國內(nèi)半導(dǎo)體創(chuàng)業(yè)企業(yè)中做CPU、GPU等“大芯片”的企業(yè)越來越多，隨著功能集成要求更多，性能要求更高，設(shè)計面臨的挑戰(zhàn)也越來越大，Chiplet則可以實現(xiàn)不同功能模塊的區(qū)隔，根據(jù)各自的最優(yōu)迭代節(jié)奏分階段演進，有效降低研發(fā)難度。

Chiplet也非常適合汽車自動駕駛芯片。由于汽車自動駕駛芯片對于算力要求非常高，芯片的面積很大，成本很高，車規(guī)級的認(rèn)證周期又很長，采用Chiplet設(shè)計，不僅可以降低設(shè)計難度、提升良率、降低設(shè)計和制造成本，更為關(guān)鍵的是還能夠提供更高的安全性和快速迭代。

在數(shù)字經(jīng)濟趨勢下，各種超大算力芯片將有望率先采用基于Chiplet的設(shè)計實現(xiàn)思路和工程實踐方法。高性能服務(wù)器/數(shù)據(jù)中心、自動駕駛、筆記本/臺式電腦、高端智能手機等將在未來幾年成為Chiplet的主要應(yīng)用場景，引領(lǐng)該市場增長。

02.UCIe：Chiplet 互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵一步

盡管有諸多優(yōu)勢加持，但Chiplet也面臨不少挑戰(zhàn)。受限于不同架構(gòu)、不同制造商生產(chǎn)的die之間的互連接口和協(xié)議的不同，設(shè)計者必須考慮到工藝制程、封裝技術(shù)、系統(tǒng)集成、擴展等諸多復(fù)雜因素。同時還要滿足不同領(lǐng)域、不同場景對信息傳輸速度、功耗等方面的要求，使得Chiplet的設(shè)計過程異常艱難，而解決這些問題的最大挑戰(zhàn)就是缺少統(tǒng)一的互連標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

此外，隨著Chiplet逐步發(fā)展，未來來自不同廠商的芯粒之間的互聯(lián)需求必然會爆發(fā)。因此，在技術(shù)成熟和形成商業(yè)潮流之前，行業(yè)廠商需要搭起一座Chiplet互聯(lián)接口標(biāo)準(zhǔn)化的“橋梁”。

今年3月，AMD、Arm、英特爾、高通、三星、臺積電、微軟、谷歌、Meta、日月光十家半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)上下游企業(yè)組成UCIe（Universal Chiplet Interconnect Express）產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。對于半導(dǎo)體行業(yè)來說，眾星捧月般的UCIe問世，意味著一個可以推廣普及的Chiplet 標(biāo)準(zhǔn)來了！

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作為一個由諸多半導(dǎo)體、科技巨頭所建立的組織，UCIe產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟已經(jīng)推出UCIe 1.0標(biāo)準(zhǔn)，UCIe 1.0標(biāo)準(zhǔn)是針對Chiplet技術(shù)建立的，它定義了封裝內(nèi)Chiplet之間的互連，以實現(xiàn)Chiplet在封裝級別的普遍互連和開放的Chiplet生態(tài)系統(tǒng)。

該標(biāo)準(zhǔn)是一個三層協(xié)議，物理層負(fù)責(zé)電信號、時鐘、鏈路協(xié)商、邊帶等，裸片適配層（Die-to-Die Adapter）為芯粒提供鏈路狀態(tài)管理和參數(shù)協(xié)商，它可選地通過循環(huán)冗余校驗 （CRC）和重傳機制保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，UCIe接口通過這兩層與標(biāo)準(zhǔn)互連協(xié)議層相連。

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此前，各廠商實現(xiàn)芯粒封裝均采用獨家定制技術(shù)，這給芯粒技術(shù)進一步普及帶來了很高的成本和阻力，UCIe接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化以后，讓終端使用者打造SoC芯片時，可以自由搭配來自多個廠商生態(tài)系統(tǒng)中的小芯片零件，這將加速推動開放的Chiplet平臺發(fā)展，并橫跨x86、Arm、RISC-V等架構(gòu)和指令集。

值得注意的是，一個月后，芯原微電子、超摩科技、芯和半導(dǎo)體、芯耀輝等中國大陸半導(dǎo)體企業(yè)相繼宣布加入該聯(lián)盟，UCIe迎來了首批中國軍團。截至目前，摩爾精英、燦芯半導(dǎo)體、憶芯科技、芯耀輝、牛芯半導(dǎo)體、芯云凌、長鑫存儲、超摩科技、希姆計算、世芯電子、阿里巴巴、OPPO、愛普科技、芯動科技、藍(lán)洋智能等多家國內(nèi)企業(yè)已成為UCIe聯(lián)盟成員，為發(fā)力Chiplet的中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)注入了一針強心劑。

03.多路并進,助推Chiplet技術(shù)在國內(nèi)發(fā)展

對于中國半導(dǎo)體而言，Chiplet被視為中國與國外差距相對較小的先進封裝技術(shù)，有望帶領(lǐng)中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在后摩爾時代實現(xiàn)質(zhì)的突破。中國企業(yè)亦在Chiplet上有所作為，積極融入UCIe生態(tài)，走向Chiplet研發(fā)的道路。

華為海思是國內(nèi)最早嘗試Chiplet的廠商之一。2014年，華為海思與臺積電合作的64位Arm架構(gòu)服務(wù)器處理器Hi16xx，采用臺積電異構(gòu)CoWoS 3D IC封裝工藝，將16nm邏輯芯片與28nm I/O芯片集成在一起，實現(xiàn)了具有成本效益的系統(tǒng)解決方案，可以視為早期Chiplet實踐。

除華為之外，國內(nèi)其他諸多半導(dǎo)體公司也有了驚喜的進步。如芯原股份有望是業(yè)內(nèi)首批推出商用Chiplet的公司，近年來一直致力于Chiplet技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的推進?；凇癐P芯片化，IP as a Chiplet”和“芯片平臺化，Chiplet as a Platform”兩大設(shè)計理念，芯原推出了基于Chiplet架構(gòu)所設(shè)計的高端應(yīng)用處理器平臺，目前該平臺12nm SoC版本已完成流片和驗證，正在進行Chiplet版本的迭代。

在Chiplet領(lǐng)域已耕耘多年的芯動科技，推出的首款高性能服務(wù)器級顯卡GPU“風(fēng)華1號”就使用了Innolink Chiplet技術(shù)，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(gòu)集成芯片。2022年4月，它又率先推出國產(chǎn)自主研發(fā)物理層兼容UCIe標(biāo)準(zhǔn)的IP解決方案——Innolink Chiplet。據(jù)悉，這是國內(nèi)首套跨工藝、跨封裝的Chiplet（芯粒）連接解決方案，且已在先進工藝上量產(chǎn)驗證成功。

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寒武紀(jì)在2021年11月發(fā)布了其第三代云端AI芯片思元370，基于7nm制程并且是其首款基于Chiplet技術(shù)的AI芯片，在一顆芯片中封裝2顆AI計算芯粒（MLU-Die），每一個MLU-Die具備獨立的AI計算單元、內(nèi)存、IO以及MLU-Fabric控制和接口，通過MLU-Fabric保證兩個MLU-Die間的高速通訊，可以通過不同MLU-Die組合規(guī)格多樣化的產(chǎn)品，實現(xiàn)不同算力、內(nèi)存和編解碼器的組合。

摩爾精英也在探索建立一個SiP的平臺，通過嚴(yán)選的SiP芯片、借力現(xiàn)有的KGD裸片過渡，統(tǒng)一芯片生產(chǎn)和品質(zhì)控制，建立一站式Chiplet研發(fā)、生產(chǎn)、銷售協(xié)作平臺，從而能讓更多的芯片企業(yè)享受到SiP設(shè)計和柔性生產(chǎn)的服務(wù)。

除了上述廠商，相繼宣布加入UCIe聯(lián)盟的超摩科技、芯耀輝等公司，以及正在默默采用Chiplet技術(shù)攻堅的諸多高性能CPU、GPU和大型AI芯片初創(chuàng)公司等，國內(nèi)芯片設(shè)計、應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈都積極參與到全球Chiplet生態(tài)系統(tǒng)中一起協(xié)作，為相關(guān)行業(yè)技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的完善添磚加瓦。

04.Chiplet潮流下的危與機

雖然Chiplet正展現(xiàn)出諸多好處和市場潛力，但是要充分發(fā)揮其效力，仍面臨著一些需要解決的難題和挑戰(zhàn)。

其中，解決互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)只是第一步，要將Chiplet真正結(jié)合在一起，最終還要依靠先進封裝。目前臺積電擁有CoWoS/InFO、英特爾擁有EMIB、Fovores 3D等，Chiplet使用的先進封裝多種多樣，而UCIe1.0標(biāo)準(zhǔn)沒有涵蓋用于在小芯片之間提供物理鏈接的封裝/橋接技術(shù)。未來隨著Chiplet 技術(shù)的發(fā)展終究會使小芯片間的互聯(lián)達(dá)到更高的密度，要應(yīng)對先進封裝功能和密度的不斷提升，散熱、應(yīng)力和信號傳輸?shù)榷际侵卮蟮目简灐?/span>

對于芯片設(shè)計來說，雖然依托Chiplet無需再去設(shè)計復(fù)雜的大芯片，但是將SoC分解Chiplet化，并將其整合到一個2.5D/3D封裝當(dāng)中，會帶來系統(tǒng)復(fù)雜度的大幅提升，在系統(tǒng)設(shè)計方面存在較大挑戰(zhàn)。

芯片測試層面，將一顆大的SoC芯片拆分成多個芯粒，相較于測試完整芯片難度更大，尤其是當(dāng)測試某些并不具備獨立功能的Chiplet 時，測試程序更為復(fù)雜。同時，為了提升合封后的整體良率，Chiplet集成也對測試和質(zhì)量管控提出了更高的要求，此外也對晶圓級CP與Chiplet合封后成品FT測試流程和測試設(shè)備提出更高挑戰(zhàn)。

除了芯片設(shè)計、驗證、封裝與測試以外，支持Chiplet芯片設(shè)計的EDA工具鏈以及生態(tài)是否完善，是否可持續(xù)發(fā)展，也是Chiplet技術(shù)成功所需要解決的關(guān)鍵問題。Chiplet技術(shù)需要EDA工具從架構(gòu)探索、芯片設(shè)計、物理及封裝實現(xiàn)等提供全面支持，以在各個流程提供智能、優(yōu)化的輔助，避免人為引入問題和錯誤。

UCIe 1.0在很大程度上是一個“起始”標(biāo)準(zhǔn)，本質(zhì)上只定義了2D和2.5D芯片封裝，而沒有3D直接die-to-die技術(shù)（如即將推出的fooveros direct）。隨著3D芯片封裝的出現(xiàn)，Chiplet理念下不同die的堆疊，同樣將面臨可靠性、信號完整性、電源完整性、熱分析等一系列仿真分析驗證問題，需要EDA與芯片設(shè)計廠商攜手破解。

針對于此，芯和半導(dǎo)體早在去年年底已全球首發(fā)了“3DIC先進封裝設(shè)計分析全流程”EDA平臺，是業(yè)界首個用于3DIC多芯片系統(tǒng)設(shè)計分析的統(tǒng)一平臺，為用戶構(gòu)建了一個完全集成、性能卓著且易于使用的環(huán)境，提供了從開發(fā)、設(shè)計、驗證、信號完整性仿真、電源完整性仿真到最終簽核的3DIC全流程解決方案，全面支持2.5D Interposer、3DIC和Chiplet設(shè)計。

成立于2021年4月的中國EDA創(chuàng)新“黑馬”瞬曜 EDA，不僅在數(shù)字驗證領(lǐng)域，用“中國高鐵”的方式，填補了數(shù)字芯片驗證在目前市場上的技術(shù)空白，并在成立不到一年的時間內(nèi)就獲得了客戶訂單，得到了客戶的積極認(rèn)可與肯定。

在日前舉辦的CCF Chip 2022大會上，公司創(chuàng)始人傅勇在國產(chǎn)數(shù)字EDA工具鏈技術(shù)論壇上，分析了Chiplet設(shè)計方法學(xué)對數(shù)字驗證的新挑戰(zhàn)，并介紹了瞬曜為解決系統(tǒng)級高速驗證和仿真方面的需求所做的努力。

目前，瞬曜EDA推出了RTL高速仿真器ShunSim，該高速仿真器可以實現(xiàn)對百億門超大規(guī)模集成電路的仿真驗證，效率較市面上的傳統(tǒng)仿真器高出10-100倍，產(chǎn)品內(nèi)置經(jīng)過了大量商用案例驗證的穩(wěn)健安全的仿真內(nèi)核Verilator，具備商業(yè)廣闊前景和持續(xù)迭代能力。

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據(jù)傅勇介紹，ShunSim采用了智能編譯分割技術(shù)，能夠?qū)⒃九茉谝粋€ CPU 上的設(shè)計，分割成好幾個小的模塊進行，這使 ShunSim 能夠充分發(fā)揮多服務(wù)器多核并行算力，十分適合Chiplet芯片設(shè)計。

同時，為完善驗證方案，增強芯片驗證效率，瞬曜開發(fā)了全新一代系統(tǒng)級驗證方案YAOVIP，幫助芯片設(shè)計師更快、更準(zhǔn)確的定位和發(fā)現(xiàn)問題。由此，瞬曜EDA基于這兩大產(chǎn)品線構(gòu)建的平臺級芯片驗證解決方案，可為Chiplet等關(guān)鍵芯片設(shè)計，提供專業(yè)的數(shù)字驗證方案和服務(wù)支持。

“作為SoC的后繼者，Chiplet對于國產(chǎn)半導(dǎo)體行業(yè)是一個很好的發(fā)展機遇。作為EDA廠商，瞬曜非常希望有機會與各IP廠商、高校、研究所合作，切實拿出不一樣的技術(shù)方案。”誠如傅勇所言，Chiplet新型設(shè)計技術(shù)的出現(xiàn)，對國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)無疑是后來居上的有利契機，而UCIe 1.0標(biāo)準(zhǔn)的推出，將會打通芯粒跨廠商互聯(lián)的最后一道屏障，助力半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

但Chiplet模式的發(fā)展還有很長的路要走，它既是一次技術(shù)升級，包括封裝測試技術(shù)、EDA工具、芯片架構(gòu)設(shè)計等，也可能帶來一次對傳統(tǒng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的重構(gòu)。面對接下來的Chiplet在全球市場上的井噴式增長，中國半導(dǎo)體企業(yè)踏上風(fēng)口卻仍需努力，通力合作，拿出一流的Chiplet產(chǎn)品，方能提升我國半導(dǎo)體在高性能芯片上的生產(chǎn)能力，站上后摩爾時代的大舞臺。

《一文弄懂Chiplet及概念股》

2022-08-07? 14:34? ?v形大反轉(zhuǎn)? 廣東

風(fēng)險提示：本文內(nèi)容參考各研究所相關(guān)研報及公開資料（詳見附錄），不代表本人觀點，也不構(gòu)成任何投資建議。您看過本文后做出的任何投資決策與本人無關(guān)，市場有風(fēng)險，投資需謹(jǐn)慎。

相關(guān)股票：

芯原股份、晶方科技、長電科技、通富微電、華天科技、華峰測控

投資要點：

? Chiplet帶來產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)顛覆式改變，設(shè)計彈性、成本節(jié)省、加速上市等眾多優(yōu)點。

? Chiplet新型設(shè)計技術(shù)的出現(xiàn)，是國內(nèi)IC產(chǎn)業(yè)彎道超車的有利契機。

? 據(jù)Omdia報告，預(yù)計2024年Chiplet市場規(guī)模會達(dá)到58億美元，2035年則超過570億美元。

正文部分

8月5日，半導(dǎo)體板塊掀漲停潮，38只漲停、另有14只股票漲幅超過10%。從細(xì)分來看，Chiplet概念最為搶眼。那么，什么是Chiplet？該技術(shù)的價值何在？概念股有哪些？

一、傳統(tǒng)IC產(chǎn)業(yè)的挑戰(zhàn)

隨著芯片工藝不斷演進，硅的工藝發(fā)展趨近于其物理瓶頸，晶體管再變小變得愈加困難，摩爾定律放緩，但是算力和存儲的需求爆發(fā)，傳統(tǒng)方式推進芯片性能很難維持產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，行業(yè)進入后摩爾時代。

當(dāng)前IC技術(shù)瓶頸與業(yè)務(wù)需求的主要矛盾在于：

? 單位算力與數(shù)據(jù)量增速的矛盾：人工智能、大數(shù)據(jù)、5G 等技術(shù)發(fā)展，使數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級增加，而單位算力的增速卻愈發(fā)遲緩。

? 性能和功耗比提升的矛盾：芯片性能的提升會伴隨著功耗的大幅增長，從而導(dǎo)致應(yīng)用場景碎片化，無法攤薄芯片成本。

? 研發(fā)成本和交付周期增加：隨著先進制程的進步，芯片制造成本與研發(fā)投入也大大增加。目前，5nm芯片的研發(fā)費用已經(jīng)超過5億美元 ，3nm的研發(fā)費用預(yù)期將超過15億美元。

而從后摩爾時代創(chuàng)新的方式看，主要圍繞新封裝、新材料和新架構(gòu)三方面展開，如下圖所示：

? 新封裝領(lǐng)域，3D 封裝、SiP（System In a Package，系統(tǒng)級封裝）已實現(xiàn)規(guī)模商用，以 SiP等先進封裝為基礎(chǔ)的 Chiplet 模式未來市場規(guī)模有望快速增長，目前臺積電、AMD、Intel 等廠商已紛紛推出基于 Chiplet 的解決方案。

? 新材料領(lǐng)域，隨著 5G、新能源汽車等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，硅難以滿足對高頻、高功率、高壓的需求以 GaAs、GaN、SiC 為代表的第二代和第三代半導(dǎo)體迎來發(fā)展契機。

? 新架構(gòu)領(lǐng)域，以 RISC-V 為代表的開放指令集將取代傳統(tǒng)芯片設(shè)計模式，更高效應(yīng)對快速迭代、定制化與碎片化的芯片需求。為應(yīng)對大數(shù)據(jù)、人工智能等高算力的應(yīng)用要求，AI NPU 興起。存內(nèi)計算架構(gòu)將數(shù)據(jù)存儲單元和計算單元融合為一體，能顯著減少數(shù)據(jù)搬運，極大地提高計算并行度和能效。長期來看，量子、光子、類腦計算也有望取得突破。

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二、新封裝： Chiplet模式有望興起

Chiplet也稱“小芯片”或“芯?！?，它是一種功能電路塊，包括可重復(fù)使用的IP塊（Intellectual Property Core，是指芯片中具有獨立功能的電路模塊的成熟設(shè)計，也可以理解為芯片設(shè)計的中間構(gòu)件）。具體來說，該技術(shù)是將一個功能豐富且面積較大的芯片裸片（die）拆分成多個芯粒（chiplet），這些預(yù)先生產(chǎn)好的、能實現(xiàn)特定功能的芯粒組合在一起，通過先進封裝的形式（比如3D封裝）被集成封裝在一起即可組成一個系統(tǒng)芯片。（chiplet模式示例圖見下）

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Chiplet 模式兼具設(shè)計彈性、成本節(jié)省、加速上市等優(yōu)勢，已被公認(rèn)為后摩爾時代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的最優(yōu)解集之一，在產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的共同推進下，Chiplet已經(jīng)加速進入商業(yè)應(yīng)用，應(yīng)用領(lǐng)域包括新一代移動通信、高性能計算、自動駕駛以及物聯(lián)網(wǎng)等。

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綜合而言，Chiplet具有如下優(yōu)勢（Soc與Chiplet的對比見下圖）：

? 通過把大芯片分割成芯粒，可有效改善生產(chǎn)的良率，降低制造成本。

? 模塊化設(shè)計思路可以提高芯片研發(fā)速度，降低研發(fā)成本。也可以使用現(xiàn)有的成熟芯片降低開發(fā)和驗證成本。

? 可根據(jù)不同IP的需求，選擇適合的工藝節(jié)點。在芯片設(shè)計中，對于不同目的和類型的電路，并不是最新的工藝就總是最合適的。在目前的單硅片系統(tǒng)里，系統(tǒng)只能在一個工藝節(jié)點上實現(xiàn)。而對于很多功能來說，使用成本高風(fēng)險大的最新工藝既沒有必要又非常困難，比如一些專用加速功能和模擬設(shè)計。在chiplet模式下，做系統(tǒng)設(shè)計的時候則有了更多的選擇。對于追求性能極限的模塊，比如高性能CPU，可以使用最新工藝；而特殊的功能模塊，比如存儲器，模擬接口和一些專用加速器，則可以按照需求選擇性價比最高的方案。

? 架構(gòu)設(shè)計的靈活性。以chiplet構(gòu)成的系統(tǒng)可以說是一個“超級”異構(gòu)系統(tǒng)，給傳統(tǒng)的異構(gòu)SoC增加了新的維度，至少包括空間維度和工藝選擇的維度。首先，先進的集成技術(shù)在3D空間的擴展可以極大提高芯片規(guī)模；第二，結(jié)合前述的工藝靈活性，可能在架構(gòu)設(shè)計中有更合理的功能/工藝的權(quán)衡；第三，系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計，特別是功能模塊間的互聯(lián)，有更多優(yōu)化的空間。

? 不同的芯粒可以使用不同的工藝節(jié)點制造，甚至可以有不同的供應(yīng)商提供。一些經(jīng)過驗證且技術(shù)成熟的芯?？梢灾貜?fù)使用，這樣做既減少了企業(yè)的設(shè)計時間和成本，還能有效擴充企業(yè)的資源庫。

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三、Chiplet的難點及發(fā)展趨勢

讓多個芯粒互聯(lián)起來并最終異構(gòu)集成成為一個大芯片，主要有兩個技術(shù)難點：

? 互聯(lián)。如何讓芯粒之間高速互聯(lián)，是Chiplet技術(shù)落地的關(guān)鍵。芯片設(shè)計公司在設(shè)計芯粒之間的互聯(lián)接口時，首要保證的是高數(shù)據(jù)吞吐量，另外，數(shù)據(jù)延遲和誤碼率也是關(guān)鍵要求，還要考慮能效和連接距離。

? 封裝。怎么把多個Chiplet封裝起來，而且解決好散熱問題：一是封裝體內(nèi)總熱功耗將顯著提升；二是芯片采用2.5D/3D堆疊，增加了垂直路徑熱阻；三是更加復(fù)雜的SiP，跨尺度與多物理場情況下熱管理設(shè)計復(fù)雜。

云岫資本的報告顯示，目前臺積電、英特爾、AMD等國際巨頭相繼布局 Chiplet，標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議是其中的重要部分。今年 UCIe 標(biāo)準(zhǔn)的推出對Chiplet行業(yè)起到了非常大的推動作用，各大廠商可以用同一個協(xié)議快速迭代。未來Chiplet 產(chǎn)業(yè)會逐漸成熟，形成包括互聯(lián)接口、架構(gòu)設(shè)計、制造和先進封裝的完整產(chǎn)業(yè)鏈，中國廠商面臨巨大發(fā)展機遇。

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據(jù)云岫資本判斷，短期內(nèi)，各Chiplet廠商會“各自為營”地通過自重用和自迭代利用這項技術(shù)的多項優(yōu)勢，而在接口、協(xié)議、工藝都更加開放和成熟的未來，產(chǎn)業(yè)鏈的各環(huán)節(jié)都將迎來換血，“晶體管級復(fù)用”會成為現(xiàn)實。

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四、相關(guān)股票

? 芯原股份：公司將著力發(fā)展Chiplet業(yè)務(wù)，以實現(xiàn)IP芯片化并進一步實現(xiàn)芯片平臺化，為客戶提供更加完備的基于Chiplet的平臺化芯片定制解決方案。

? 長電科技：公司已加入UCle產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，共同致力于Chiplet核心技術(shù)突破和成品創(chuàng)新發(fā)展，積極推動Chiplet接口規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化。公司去年推出了XDFOI全系列極高密度扇出型封裝解決方案，該技術(shù)是一種面向Chiplet的極高密度、多扇出型封裝高密度異構(gòu)集成解決方案。

? 晶方科技。晶圓級TSV是Chiplet技術(shù)路徑的一個重要部分，晶方科技也在研究Chiplet技術(shù)路徑的走向。

? 通富微電：背靠AMD（chiplet首家商業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的IC企業(yè)），AMD占公司營收40％。公司在Chiplet、2.5D、3D堆疊等方面均有布局和儲備。

? 華天科技：掌握Chiplet相關(guān)技術(shù)。

? 華峰測控：chiplet需求增加的CP測試對測試機有帶動作用。

參考研報或文章：

1. 云岫資本，《2022年中國半導(dǎo)體投資深度分析與展望》

2. 黃晶晶，《中國大陸芯片IP TOP1公司，5nm設(shè)計項目流片，發(fā)力Chiplet 業(yè)務(wù)》

3. 格隆匯，《Chiplet能為芯片設(shè)計帶來哪些變革？》

4. 架構(gòu)師技術(shù)聯(lián)盟，《Chiplet如何革新半導(dǎo)體IP業(yè)務(wù)模式？》