近期，中國成立了自己的Chiplet（小芯片，或芯粒）聯(lián)盟，由多家芯片設(shè)計，IP，以及封裝、測試和組裝服務(wù)公司組成，同時推出了相應(yīng)的互連接口標(biāo)準(zhǔn)ACC 1.0。

在美國打壓，中國尋求半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)自主可控的當(dāng)下，這一聯(lián)盟的成立，頗有與由AMD、Arm、英特爾、臺積電和ASE（日月光）主導(dǎo)的UCIe聯(lián)盟分庭抗禮的意味。

從技術(shù)層面來看，Chiplet的價值和發(fā)展前景已經(jīng)在全球半導(dǎo)體界達成普遍共識。


關(guān)于Chiplet

Chiplet并不是創(chuàng)新概念，它很早就被提出來了，只是市場應(yīng)用需求沒有發(fā)展到這一步，因此長期處于“隱身”狀態(tài)。之所以在近幾年火熱起來，主要原因是先進制程（5nm及以下）的成本高的驚人，絕大多數(shù)芯片企業(yè)難以負擔(dān)。Chiplet則可以在很大程度上解決這一問題。

2022年12 月 16 日，首個由中國集成電路領(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“第二屆中國互連技術(shù)與產(chǎn)業(yè)大會”上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，這是中國首個原生 Chiplet 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

這項標(biāo)準(zhǔn)中介紹小芯片接口技術(shù)有以下應(yīng)用場景：

1、C2M (Computing to Memory)，計算芯片與存儲芯片的互連。

2、C2C (Computing to Computing)，計算芯片之間的互連。兩者連接方式：

3、采用 并行單端 信號相連，多用于 CPU 內(nèi)多計算芯片之間的互連。

4、采用 串行差分 信號相連，多用于 AI、Switch 芯片性能擴展的場景。

5、C2IO (Computing to IO)，計算芯片與 IO 芯片的互連。

6、C2O (Computing to Others)，計算芯片與信號處理、基帶單元等其他小芯片的互連。


Chiplet的優(yōu)勢

Chiplet可以把傳統(tǒng)的單芯片設(shè)計方案改成多芯片（Die）進行設(shè)計，并利用先進封裝工藝進行集成。它的優(yōu)勢主要有以下幾點：

1、提升芯片制造良率，由于良率和芯片的面積有關(guān)，面積越大，良率大概率會越低，因此，把一個大芯片分拆成多個小芯片（Die）設(shè)計并分別投片，就可以提高良率，良率提升，還可以降低制造成本。

2、以不同的工藝實現(xiàn)一顆芯片，用先進制程制造CPU等計算核心，用相對成熟的制程制造I/O之類的功能塊，可以很好地控制整體成本。

3、設(shè)計更加靈活，設(shè)計出的Die，通過不同的組合方式，可設(shè)計出不同功能的芯片。

雖然有這么多好處，但Chiplet技術(shù)并不成熟，各種Die、接口I/O、總線等，與常規(guī)的SoC有很大區(qū)別，需要制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，從而使產(chǎn)業(yè)鏈上的設(shè)計、制造、封裝等廠商能按照標(biāo)準(zhǔn)操作，才能實現(xiàn)高效、規(guī)模化生產(chǎn)。因此，UCIe和ACC 1.0等行業(yè)規(guī)范相繼推出。

Chiplet面臨的挑戰(zhàn)

Chiplet優(yōu)點很多，同時也面臨著很多問題，會阻礙其發(fā)展：

1、應(yīng)用場景，并不是所有應(yīng)用類型的芯片都適合做Chiplet，目前來看，CPU、GPU等處理器最適合做Chiplet，而且是在高性能應(yīng)用領(lǐng)域，像智能手機等消費類電子設(shè)備用的芯片，很少需要采用Chiplet設(shè)計，

2、成本，只有傳統(tǒng)SoC成本達到一定量級，改用Chiplet設(shè)計才劃算，成本是近些年Chiplet越來越火爆的關(guān)鍵，原因在于以7nm、5nm、3nm，以及未來的2nm、1nm為代表的先進制程，生產(chǎn)成本對于絕大多數(shù)芯片企業(yè)而言是天文數(shù)字，只有少數(shù)企業(yè)能夠承擔(dān)。因此，將采用多種制程的Die“混裝”起來的Chiplet設(shè)計，就成為了多數(shù)企業(yè)可以采用先進制程的解決方案，這樣不僅可以享受到先進制程的好處，還可以有效控制總體成本。

關(guān)于采用Chiplet設(shè)計方案的成本臨界點，馬愷聲老師在“算一算Chiplet的成本”一文中有過分析，總結(jié)為以下兩方面：

（1）、如果芯片面積在200平方毫米以下，沒有必要做Chiplet，真正有收益的是在800平方毫米以上的大芯片。（2）、當(dāng)硅片缺陷的成本超過封裝成本時，Chiplet架構(gòu)會產(chǎn)生明顯的成本效益

3、良率問題，當(dāng)一個采用Chiplet架構(gòu)的芯片完成封裝，由于內(nèi)部有多個Die，有的芯片內(nèi)部功能塊繁多且復(fù)雜，處理器、內(nèi)存和I/O控制等組合在一起，可能有100多個Die，假設(shè)一種Die的良率超過90%，那么它們組合在一起，整個芯片的良率肯定不到90%，且組成的Die越多，整體良率越低。低良率會給封裝廠和芯片擁有者帶來很多麻煩，其實，歸根結(jié)底，還是成本問題。

4、測試問題，在多數(shù)情況下，很難判斷Die是否可以在封裝完成之前正常工作，當(dāng)不同的Die并排放置時，芯片頂部的I/O焊盤很小，而且極難直接測試。為了與探頭良好接觸，需要施加相當(dāng)大的壓力，這可能會損壞觸點和芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)。盡管晶圓代工廠會測試晶圓，但這種測試難以做到詳盡無遺，實際上只是為了篩選出明顯的缺陷。目前，面對這一測試問題，業(yè)界知名封測大廠，以及頂尖科研機構(gòu)都提出過解決方案，但都屬于摸索階段，并未成熟。

綜上，Chiplet有很多優(yōu)勢，同時，要想拓展更廣闊的市場，面臨的問題也不少，還需要不斷探索。


企業(yè)紛紛入局Chiplet

寒武紀(jì)的思元370是采用Chiplet（Chiplet）技術(shù)的AI芯片,它將2顆AI計算Chiplet封裝為一顆AI芯片。

壁仞科技最近發(fā)布的通用GPU芯片BR100也采用了Chiplet的設(shè)計理念，并且發(fā)布了單個Chiplet產(chǎn)品BR104，Chiplet的設(shè)計方案使之一次流片，得到兩種芯片。

2022年7月25日，超摩科技宣布完成超億元Pre-A輪融資，本輪融資由達泰資本領(lǐng)投，云岫資本擔(dān)任獨家財務(wù)顧問。北京超摩科技成立于2021年，是一家基于Chiplet架構(gòu)的高性能CPU設(shè)計公司。

2022年8月15日，奇異摩爾（上海）集成電路有限公司（以下簡稱“奇異摩爾”）宣布完成億元種子及天使輪融資，奇異摩爾成立于2021年初，專注于2.5D及3DIC Chiplet產(chǎn)品及服務(wù)，主要提供高性能通用底座Base die、高速接口ChipletIO Die、Chiplet軟件設(shè)計平臺等產(chǎn)品。

生態(tài)建設(shè)是一項技術(shù)革命的關(guān)鍵，唯有越來越多的芯片設(shè)計企業(yè)開始采用Chiplet設(shè)計的時候，才能使國內(nèi)整個Chiplet生態(tài)更成熟穩(wěn)定。

2022年3月，由AMD、Arm、ASE、Google Cloud、英特爾、Meta、微軟、高通、三星和臺積電等行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)聯(lián)合宣布成立UCIe產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，共同打造Chiplet互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)、推進開放式的Chiplet生態(tài)，并制定UCIe的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。此后，云服務(wù)廠商、芯片代工廠、系統(tǒng)原始設(shè)備制造商、芯片IP供應(yīng)商和芯片設(shè)計公司紛紛加入UCIe聯(lián)盟，不難看出計算產(chǎn)業(yè)對于Chiplet標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)和生態(tài)構(gòu)建的期許

國內(nèi)企業(yè)中，芯原微電子、芯動科技、長鑫存儲、芯和半導(dǎo)體、芯耀輝、摩爾精英、燦芯半導(dǎo)體、憶芯科技、牛芯半導(dǎo)體、芯云凌、超摩科技、希姆計算、世芯電子、阿里巴巴、輝羲智能、OPPO、愛普科技、力積存儲、藍洋智能等多家國內(nèi)企業(yè)已成為 UCIe 聯(lián)盟成員。

Chiplet是中國半導(dǎo)體的“救命稻草”嗎？

不止在國際，近幾年，Chiplet在中國大陸也非常火爆，特別是美國開始打壓中國半導(dǎo)體業(yè)以來，可以減少先進制程用量，同時又能享受到先進制程好處的Chiplet備受期待。

首先要肯定的是，中國發(fā)展Chiplet是沒錯的，無論是技術(shù)本身，還是應(yīng)用需求，它都代表著未來的發(fā)展方向。不過，對Chiplet寄予過高期待，指望它解決關(guān)鍵問題，就有些跑偏了。

首先，如前文所述，在目前和未來相當(dāng)長一段時期內(nèi)，Chiplet設(shè)計主要用于大型CPU和GPU等處理器，那么，中國的相關(guān)芯片發(fā)展情況如何呢？

CPU方面，目前，國產(chǎn)CPU，特別是大芯片，與國際大廠存在明顯差距：首先，CPU各項參數(shù)（核心數(shù)、主頻、內(nèi)存信道等）、性能有較大提升空間，與英特爾和AMD相比，國產(chǎn)CPU在先進制程的晶圓加工工藝方面存在較大差距，這也會影響整體性能表現(xiàn)。

國產(chǎn)CPU代表企業(yè)主要包括龍芯中科、華為海思、飛騰、兆芯等，而這些企業(yè)的產(chǎn)品多以PC、嵌入式應(yīng)用為主，涉獵大芯片的不多，只有華為海思、寒武紀(jì)科技等少數(shù)企業(yè)重點研發(fā)采用7nm及更先進制程的服務(wù)器芯片和AI芯片。

GPU方面，英偉達等國際GPU龍頭企業(yè)已經(jīng)牢牢構(gòu)建了專利墻，中國廠商在開發(fā)過程中，繞開現(xiàn)有專利具備一定難度。無論是老牌企業(yè)，如景嘉微和海光，還是新興創(chuàng)業(yè)公司，如芯動科技、壁仞科技、摩爾線程、沐曦集成電路、天數(shù)智芯等，大多還處于發(fā)展初期，且所設(shè)計的芯片規(guī)模有限，采用Chiplet設(shè)計的還不多。不過，這些GPU企業(yè)，特別是創(chuàng)業(yè)公司，還是有很大發(fā)展?jié)摿Φ模m然短期內(nèi)難以在大芯片領(lǐng)域形成規(guī)模，但長期發(fā)展前景還是值得期待的。例如，在云端GPGPU方面，天數(shù)智芯是最近幾年異軍突起的本土企業(yè)，該公司推出的7nm制程云端訓(xùn)練和推理GPGPU，能夠為云端AI訓(xùn)練和HPC通用計算提供高算力和高能效比。類似這樣的芯片是中國本土Chiplet技術(shù)發(fā)展的希望。

還有一點很重要，那就是IP。與SoC相比，Chiplet設(shè)計需要更多IP，中國大陸在IP設(shè)計和供給方面還有很長的路要走。

對于中國發(fā)展Chiplet，清華大學(xué)教授、中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會副理事長魏少軍持謹(jǐn)慎樂觀的態(tài)度，2022年，在一次接受媒體采訪時，他表示，不管Chiplet怎么發(fā)展，它還是要先有Chip（芯片），所以其目標(biāo)還是在成本可控情況下的異質(zhì)集成，只能是先進工藝的補充。

魏少軍認為，中國集成電路產(chǎn)業(yè)總體上還處在追趕過程中，Chiplet的出現(xiàn)并不能使這一態(tài)勢發(fā)生根本性改變。如果說我們今天的芯片設(shè)計主要依賴國外的IP和EDA工具，那么在Chiplet時代，我們用到的芯粒和EDA工具大概率還是依賴國外廠商。不過，魏少軍也指出，中國企業(yè)亦可在Chiplet上有所作為，比如中國企業(yè)可以借助Chiplet更快地發(fā)展應(yīng)用。

Chiplet的出現(xiàn)給芯片行業(yè)開辟了一片新天地，后續(xù)很可能會出現(xiàn)一種新的商業(yè)模式，即通過集成標(biāo)準(zhǔn)芯粒來構(gòu)建專用芯片的企業(yè)，這也是一些國際大廠打造Chiplet標(biāo)準(zhǔn)的原因。通過標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)立，可以把自己生產(chǎn)的芯片變成Chiplet企業(yè)使用的“標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品”，被不斷地集成到各種最終應(yīng)用中，從而擴大自己的市場。就這方面而言，中國成立自己的Chiplet聯(lián)盟，并推出相應(yīng)的互連接口標(biāo)準(zhǔn)ACC 1.0，還是很有前瞻性的，這從一個側(cè)面體現(xiàn)出中國相關(guān)企事業(yè)單位要從底層做起，發(fā)展本土Chiplet的愿望。

總體而言，Chiplet有很好的應(yīng)用和發(fā)展前景，但它不是中國半導(dǎo)體業(yè)沖刺國際先進水平的靈丹妙藥。要想提升全行業(yè)競爭力，還是要有決心和毅力，秉持十年磨一劍的精神，全方位發(fā)展本土半導(dǎo)體材料、設(shè)備、IP、設(shè)計和制造水平。