本期導(dǎo)讀

摩爾定律是半導(dǎo)體圈廣為人知的一條定律。在很多年前，它似是一條“鐵律”指引著社會(huì)走向科技文明。然而近幾年無(wú)論是前沿技術(shù)的快速創(chuàng)新需求，還是制造工藝無(wú)限逼近臨點(diǎn)的物理限制，都仿佛在預(yù)示著摩爾定律即將走向終結(jié)。

盡管人們嘗試了增加更多的核心、驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部的線程，又或是利用加速器等各種手段來(lái)跟上摩爾定律的步伐，但似乎還是無(wú)法規(guī)避它的衰敗。于是Chiplet（芯粒）便在人們的希冀目光之下閃亮登場(chǎng)，為摩爾定律唱衰提供了新論調(diào)。

據(jù)相關(guān)消息稱，為了加快Chiplet的安全化與可行性，歐洲正在加速推動(dòng)Chiplet新標(biāo)準(zhǔn)。近期德國(guó)乃至歐洲最大的應(yīng)用科學(xué)研究機(jī)構(gòu)——弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)啟動(dòng)一項(xiàng)名為“新型可信賴電子產(chǎn)品分布式制造”的研究項(xiàng)目，旨在為Chiplet產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與封裝創(chuàng)建安全性標(biāo)準(zhǔn)。

究竟什么是Chiplet？它又有什么獨(dú)特魔力能讓歐洲為之大費(fèi)周章創(chuàng)建新標(biāo)準(zhǔn)呢？

Chiplet概念源于Marvell創(chuàng)始人周秀文博士在ISSCC 2015上提出的Mochi（Modular Chip，模塊化芯片）架構(gòu)，經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，Chiplet的概念逐漸成熟，它被解釋為一種功能電路塊，也被稱“小芯片”或“芯粒”。按工作原理來(lái)說(shuō)，該技術(shù)能將一個(gè)功能豐富且面積較大的芯片裸片（die）拆分成多個(gè)芯粒并使預(yù)先生產(chǎn)好的芯粒組合在一起，再通過(guò)先進(jìn)封裝的形式（比如3D封裝）集成封裝在一起，從而組成一個(gè)性能更加先進(jìn)的系統(tǒng)芯片。

作為擁有光明未來(lái)的跨時(shí)代技術(shù)，Chiplet包含著三大顯著優(yōu)勢(shì)：

1、大幅度提升成品芯片的良品率

在整個(gè)芯片晶體管數(shù)量暴漲的背景下，Chiplet設(shè)計(jì)可將超大型的芯片按照不同的功能模塊來(lái)切割成獨(dú)立的小芯片后再進(jìn)行分開(kāi)制造，這種方式既能有效改善良品率，也能夠有效降低成本。

2、降低芯片設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度和設(shè)計(jì)成本

在芯片設(shè)計(jì)階段，將大規(guī)模的SoC按照不同的功能模塊分解成一個(gè)個(gè)的芯粒，部分芯粒可以做到類似模塊化的設(shè)計(jì)，可以重復(fù)運(yùn)用以大幅度降低芯片的設(shè)計(jì)難度和設(shè)計(jì)成本，有利于后續(xù)產(chǎn)品的迭代，加速產(chǎn)品的上市周期。

3、降低芯片的制造成本

將SoC進(jìn)行Chiplet化之后，不同的芯粒可根據(jù)需要來(lái)選擇合適的工藝制程進(jìn)行獨(dú)立制造，再通過(guò)先進(jìn)封裝技術(shù)進(jìn)行組裝。

憑借著上述優(yōu)勢(shì)，有望延續(xù)摩爾定律經(jīng)濟(jì)效益的Chiplet已被公認(rèn)為后摩爾時(shí)代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的最優(yōu)解集之一。在此趨勢(shì)下，眾多芯片巨頭紛紛入局Chiplet市場(chǎng)，在產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的共同推進(jìn)下，Chiplet已經(jīng)加速進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用。從某角度上來(lái)看，AMD使用Chiplet概念也許是目前最成功的案例。2017年，AMD推出了其初代Epyc服務(wù)器處理器Naples，在單個(gè)封裝中具有4個(gè)同類的CPU；到2019年AMD又推出了第二代EPYC處理器Rome，其使用了8塊CPU芯片，這些芯片使用的是14nm工藝，而內(nèi)部封裝的CPU Chiplet使用7nm晶體管來(lái)提高速度和效率，其處理器性能是當(dāng)時(shí)英特爾同類產(chǎn)品的兩倍以上。借由Chiplet的優(yōu)勢(shì)，今年2季度AMD的CPU市占率已達(dá)到31.4%（往年同期為25.3%）。

除了AMD之外，英特爾、三星等多家公司都相繼創(chuàng)建自身的Chiplet生態(tài)系統(tǒng)并獲得了巨大的產(chǎn)品價(jià)值和收益。2022年3月，蘋(píng)果自研的M1 Ultra將Chiplet再次推上風(fēng)口浪尖，采用Chiplet設(shè)計(jì)的M1芯片大獲成功，革新了個(gè)人電腦產(chǎn)業(yè)。

為了推進(jìn)Chiplet在行業(yè)中的應(yīng)用，AMD、Google云、ARM、微軟、Meta、高通等行業(yè)巨頭于今年3月共同成立了行業(yè)聯(lián)盟，正式推出通用Chiplet的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范“UCIe”，而后聯(lián)盟成員不斷擴(kuò)大。截至目前，UCIe聯(lián)盟已經(jīng)吸納了12家行業(yè)巨頭，并成立了6個(gè)工作組，旨在打造更全面的Chiplet生態(tài)系統(tǒng)。

誠(chéng)然，Chiplet擁有著廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景，但也給人們提出了新的技術(shù)難題，如何讓多個(gè)芯粒互聯(lián)起來(lái)并最終異構(gòu)集成成為一個(gè)大芯片是行業(yè)目前亟待解決的問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

1、互聯(lián)

如何讓芯粒之間高速無(wú)縫互聯(lián)，是Chiplet技術(shù)落地的關(guān)鍵。芯片設(shè)計(jì)公司在設(shè)計(jì)芯粒之間的互聯(lián)接口時(shí)，需要保證高數(shù)據(jù)吞吐量，且要保障低數(shù)據(jù)延遲和低誤碼率，同時(shí)也需考慮能效與連接距離。

2、封裝

如何把多個(gè)Chiplet有效封裝起來(lái)，且能在最大程度上解決散熱問(wèn)題是至關(guān)重要的。熱量的來(lái)源主要有以下三個(gè)地方，一是封裝體內(nèi)總熱功耗提升；二是芯片采用2.5D/3D堆疊，增加了垂直路徑熱阻；三是更復(fù)雜的SiP在跨尺度與多物理場(chǎng)情況下熱管理設(shè)計(jì)更加復(fù)雜。

隨著摩爾定律帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)越來(lái)越低，Chiplet技術(shù)將成為未來(lái)芯片開(kāi)發(fā)的主流方向，Chiplet市場(chǎng)前景一片大好。根據(jù)研究機(jī)構(gòu)Omdia的報(bào)告顯示，2024年采用Chiplet的處理器芯片的全球市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)58億美元，到2035年將達(dá)到570億美元。

不可否認(rèn)，芯片在一定程度上擔(dān)任著人類科技的“拓荒者”，帶領(lǐng)著人類一步一步丈量高科技山峰，而如今Chiplet有望賦予芯片更加旺盛強(qiáng)大的生命力，讓人類能夠繼續(xù)依靠不斷“進(jìn)化”的芯片來(lái)獲得探索科技的更多機(jī)會(huì)。而Chiplet能推動(dòng)科技發(fā)展到什么程度我們還不得而知，就讓時(shí)間給我們答案吧。

審核編輯：湯梓紅