前言:
近年來美國聯合產業鏈頭部其他國家對中國實施技術封鎖,尤其是在高端芯片制程實施技術鎖定,中國芯片產業的制程的商業化遭遇極大挑戰。
此時此刻,Chiplet這種在不突破制程的情況下,短期大幅提高芯片效能的技術標準整合方案對中國芯片產業的快速發展具備一定的戰略意義。
國內Chiplet技術發展模式不太一樣
美國的Chiplet更多的集中在像英特爾、AMD這些大的公司手中,他們是一個封閉的生態,每家公司有自己的一個Chiplet的方案和架構。
而中國每家大芯片公司規模都不大,沒有一家公司有實力把整個Chiplet生態給打造出來,所以中國Chiplet未來是很多公司一起參與,會形成產業鏈分工的一個狀態。
Chiplet的技術結構可以分為三個層次:
一是底層的工藝技術,即先進封裝技術;
第二是構成Chiplet的元器件、芯粒、IP以及其他如IO、供電、散熱以及相關的協議;
三是新生態。
通過這幾個層次的組合或融合,才能夠形成Chiplet的良好技術基礎或生態基礎。
Chiplet面臨兩項突出的問題,一是需要進一步壓縮片間線路的寬度以支持盡可能高的片間互聯帶寬。
二是Chiplet尺寸快速增加,帶來很多問題(比如翹曲),非常容易出現芯片時效。針對細線路和大尺寸封裝需要進一步迭代開發。
綜合來看,Chiplet的設計方法和單芯片設計方法差異很大,需要新的設計方法學的引領,同時還需要Foundry和OSAT 提供配套的工藝信息的支撐。
所以從EDA行業看,希望與上下游的企業一起共同打造Chiplet的設計生態。
此外,國內半導體創業企業中做CPU、GPU等大芯片的企業越來越多,隨著功能集成要求更多,性能要求更高,設計面臨的挑戰也越來越大。
當前,Chiplet產業處于發展初期,Chiplet供應商關心Chiplet的一次性工程費用該由誰來承擔;
應用商則擔心是否有足夠豐富的Chiplet可以應用,以及Chiplet產品的性價比能否先被驗證,存在先有[雞]還是先有[蛋]的問題。
Chiplet模式的發展還有很長的路要走,它既是一次技術升級,包括封裝測試技術、EDA工具、芯片架構設計等,也可能帶來一次對傳統半導體產業鏈的重構。
國內加緊布局和生態不足
Chiplet將不同工藝節點和不同材質的芯片通過先進的集成技術封裝集成在一起,形成一個系統芯片,實現了一種新形式的IP復用。
所以,Chiplet產業鏈中所孕育的強大商機成為眾廠商磨刀霍霍的必爭之地。
Chiplet很大的優勢是IP復用,芯原股份和芯動科技這類的IP供應商的升級和努力,將能夠幫助系統廠商、互聯網廠商這類缺乏芯片設計經驗和資源的企業更好的自研產品。
Chiplet技術的實現必依托于先進封裝,如SiP、2.5D/3D等,因此,國內的封裝廠自是要抓住這波潮流。
越接近摩爾定律極限如5nm、3nm和2nm的芯片走Chiplet設計路線越有意義;再就是想用一套Chiplet來搭配高中低檔的產品,充分發揮Chiplet的復用能力;
生態建設是一項技術革命的關鍵,唯有越來越多的芯片設計企業開始采用Chiplet設計的時候,才能使國內整個Chiplet生態更成熟穩定。
實際上Chiplet本質上還是一個集成的技術,整體性能優秀的前提是不能有任何一個短板;
同時又加了互聯,散熱等一系列集成上的難點,所以Chiplet雖然也許能繞過一些障礙,但同時這技術本身又制造了更多障礙。
困難不妨礙Chiplet在國內的發展
今年3月份,AMD、Arm、英特爾、高通、三星、臺積電、微軟、谷歌、Meta、日月光等十家行業巨頭組成UCIe產業聯盟,攜手推動Chiplet接口規范的標準化,目前多家中國大陸半導體公司也加入了該聯盟。
與此同時,國際廠商Intel、TSMC、Samsung等多家公司均創建了自己的Chiplet生態系統,積極搶占Chiplet先進封裝市場。
而國內多家頭部企業已經敏銳地嗅到Chiplet領域的機遇,也紛紛布局Chiplet等先進封裝技術。
芯原微電子、超摩科技、芯和半導體、芯耀輝等中國大陸半導體企業相繼宣布加入該聯盟,UCIe迎來了首批中國軍團。
截至目前,摩爾精英、牛芯半導體、芯云凌、長鑫存儲、阿里巴巴、OPPO、芯動科技等多家國內企業已成為UCIe聯盟成員,為發力Chiplet的中國半導體產業注入了一針強心劑。
早在2014年,華為海思與臺積電合作的64位Arm架構服務器處理器Hi16xx,采用臺積電異構CoWoS 3D IC封裝工藝,可以視為早期Chiplet實踐。
芯原股份基于[IP芯片化]和[芯片平臺化]兩大設計理念,推出了基于Chiplet架構所設計的高端應用處理器平臺。
芯動科技推出的首款高性能服務器級顯卡GPU[風華1號]使用了Innolink Chiplet技術,將不同功能不同工藝制造的Chiplet進行模塊化封裝,成為一個異構集成芯片;
2022年4月,又率先推出國產自主研發物理層兼容UCIe標準的IP解決方案Innolink Chiplet。
寒武紀在2021年11月發布了其第三代云端AI芯片思元370,基于7nm制程并且是其首款基于Chiplet技術的AI芯片。
結尾:
Chiplet不僅是先進封裝,合理的架構設計才能和封裝技術相得益彰。
架構設計和先進封裝齊頭并進,才能加速Chiplet的落地與實現。
部分資料參考:半導體產業縱橫:《Chiplet概念大熱,火了IP公司》,半導體行業觀察:《“風口浪尖”的Chiplet,有人瘋狂涌入,有人劃清界限》,證券市場紅周刊:《Chiplet成為半導體發展新熱門方向》,36氪:《Chiplet會給半導體行業帶來哪些機會與挑戰?》
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