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

在美國(guó)打壓，中國(guó)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(tái)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(lái)看，Chiplet的價(jià)值和發(fā)展前景已經(jīng)在全球半導(dǎo)體界達(dá)成普遍共識(shí)。


關(guān)于Chiplet

Chiplet并不是創(chuàng)新概念，它很早就被提出來(lái)了，只是市場(chǎng)應(yīng)用需求沒(méi)有發(fā)展到這一步，因此長(zhǎng)期處于“隱身”狀態(tài)。之所以在近幾年火熱起來(lái)，主要原因是先進(jìn)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(fù)擔(dān)。Chiplet則可以在很大程度上解決這一問(wèn)題。

2022年12 月 16 日，首個(gè)由中國(guó)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(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)正式“第二屆中國(guó)互連技術(shù)與產(chǎn)業(yè)大會(huì)”上通過(guò)工信部中國(guó)電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會(huì)的審定并發(fā)布，這是中國(guó)首個(gè)原生 Chiplet 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中介紹小芯片接口技術(shù)有以下應(yīng)用場(chǎng)景：

1、C2M (Computing to Memory)，計(jì)算芯片與存儲(chǔ)芯片的互連。

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

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

4、采用 串行差分 信號(hào)相連，多用于 AI、Switch 芯片性能擴(kuò)展的場(chǎng)景。

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

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


Chiplet的優(yōu)勢(shì)

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

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(huì)越低，因此，把一個(gè)大芯片分拆成多個(gè)小芯片（Die）設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)一顆芯片，用先進(jìn)制程制造CPU等計(jì)算核心，用相對(duì)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(jì)更加靈活，設(shè)計(jì)出的Die，通過(guò)不同的組合方式，可設(shè)計(jì)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(jì)、制造、封裝等廠商能按照標(biāo)準(zhǔn)操作，才能實(shí)現(xiàn)高效、規(guī)?；a(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(diǎn)很多，同時(shí)也面臨著很多問(wèn)題，會(huì)阻礙其發(fā)展：

1、應(yīng)用場(chǎng)景，并不是所有應(yīng)用類型的芯片都適合做Chiplet，目前來(lái)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(jī)等消費(fèi)類電子設(shè)備用的芯片，很少需要采用Chiplet設(shè)計(jì)，

2、成本，只有傳統(tǒng)SoC成本達(dá)到一定量級(jí)，改用Chiplet設(shè)計(jì)才劃算，成本是近些年Chiplet越來(lái)越火爆的關(guān)鍵，原因在于以7nm、5nm、3nm，以及未來(lái)的2nm、1nm為代表的先進(jìn)制程，生產(chǎn)成本對(duì)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(lái)的Chiplet設(shè)計(jì)，就成為了多數(shù)企業(yè)可以采用先進(jìn)制程的解決方案，這樣不僅可以享受到先進(jìn)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(jì)方案的成本臨界點(diǎn)，馬愷聲老師在“算一算Chiplet的成本”一文中有過(guò)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(méi)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(guò)封裝成本時(shí)，Chiplet架構(gòu)會(huì)產(chǎn)生明顯的成本效益

3、良率問(wèn)題，當(dāng)一個(gè)采用Chiplet架構(gòu)的芯片完成封裝，由于內(nèi)部有多個(gè)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(gè)Die，假設(shè)一種Die的良率超過(guò)90%，那么它們組合在一起，整個(gè)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(huì)給封裝廠和芯片擁有者帶來(lái)很多麻煩，其實(shí)，歸根結(jié)底，還是成本問(wèn)題。

4、測(cè)試問(wèn)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(shí)，芯片頂部的I/O焊盤(pán)很小，而且極難直接測(cè)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(huì)損壞觸點(diǎn)和芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)。盡管晶圓代工廠會(huì)測(cè)試晶圓，但這種測(cè)試難以做到詳盡無(wú)遺，實(shí)際上只是為了篩選出明顯的缺陷。目前，面對(duì)這一測(cè)試問(wèn)題，業(yè)界知名封測(cè)大廠，以及頂尖科研機(jī)構(gòu)都提出過(guò)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(shì)，同時(shí)，要想拓展更廣闊的市場(chǎng)，面臨的問(wèn)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(jì)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(jì)理念，并且發(fā)布了單個(gè)Chiplet產(chǎn)品BR104，Chiplet的設(shè)計(jì)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(dá)泰資本領(lǐng)投，云岫資本擔(dān)任獨(dú)家財(cái)務(wù)顧問(wèn)。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(jì)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(jiǎn)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(jì)平臺(tái)等產(chǎn)品。

生態(tài)建設(shè)是一項(xiàng)技術(shù)革命的關(guān)鍵，唯有越來(lái)越多的芯片設(shè)計(jì)企業(yè)開(kāi)始采用Chiplet設(shè)計(jì)的時(shí)候，才能使國(guó)內(nèi)整個(gè)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(tái)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(jìn)開(kāi)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(jì)公司紛紛加入U(xiǎn)CIe聯(lián)盟，不難看出計(jì)算產(chǎn)業(yè)對(duì)于Chiplet標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)和生態(tài)構(gòu)建的期許

國(guó)內(nèi)企業(yè)中，芯原微電子、芯動(dòng)科技、長(zhǎng)鑫存儲(chǔ)、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(jì)算、世芯電子、阿里巴巴、輝羲智能、OPPO、愛(ài)普科技、力積存儲(chǔ)、藍(lán)洋智能等多家國(guó)內(nèi)企業(yè)已成為 UCIe 聯(lián)盟成員。

Chiplet是中國(guó)半導(dǎo)體的“救命稻草”嗎？

不止在國(guó)際，近幾年，Chiplet在中國(guó)大陸也非?；鸨?，特別是美國(guó)開(kāi)始打壓中國(guó)半導(dǎo)體業(yè)以來(lái)，可以減少先進(jìn)制程用量，同時(shí)又能享受到先進(jìn)制程好處的Chiplet備受期待。

首先要肯定的是，中國(guó)發(fā)展Chiplet是沒(méi)錯(cuò)的，無(wú)論是技術(shù)本身，還是應(yīng)用需求，它都代表著未來(lái)的發(fā)展方向。不過(guò)，對(duì)Chiplet寄予過(guò)高期待，指望它解決關(guān)鍵問(wèn)題，就有些跑偏了。

首先，如前文所述，在目前和未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，Chiplet設(shè)計(jì)主要用于大型CPU和GPU等處理器，那么，中國(guó)的相關(guān)芯片發(fā)展情況如何呢？

CPU方面，目前，國(guó)產(chǎn)CPU，特別是大芯片，與國(guó)際大廠存在明顯差距：首先，CPU各項(xiàng)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(guó)產(chǎn)CPU在先進(jìn)制程的晶圓加工工藝方面存在較大差距，這也會(huì)影響整體性能表現(xiàn)。

國(guó)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(diǎn)研發(fā)采用7nm及更先進(jìn)制程的服務(wù)器芯片和AI芯片。

GPU方面，英偉達(dá)等國(guó)際GPU龍頭企業(yè)已經(jīng)牢牢構(gòu)建了專利墻，中國(guó)廠商在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，繞開(kāi)現(xiàn)有專利具備一定難度。無(wú)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(dòng)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(jì)的芯片規(guī)模有限，采用Chiplet設(shè)計(jì)的還不多。不過(guò)，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?，雖然短期內(nèi)難以在大芯片領(lǐng)域形成規(guī)模，但長(zhǎng)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?yàn)樵贫薃I訓(xùn)練和HPC通用計(jì)算提供高算力和高能效比。類似這樣的芯片是中國(guó)本土Chiplet技術(shù)發(fā)展的希望。

還有一點(diǎn)很重要，那就是IP。與SoC相比，Chiplet設(shè)計(jì)需要更多IP，中國(guó)大陸在IP設(shè)計(jì)和供給方面還有很長(zhǎng)的路要走。

對(duì)于中國(guó)發(fā)展Chiplet，清華大學(xué)教授、中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)副理事長(zhǎng)魏少軍持謹(jǐn)慎樂(lè)觀的態(tài)度，2022年，在一次接受媒體采訪時(shí)，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(jìn)工藝的補(bǔ)充。

魏少軍認(rèn)為，中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)總體上還處在追趕過(guò)程中，Chiplet的出現(xiàn)并不能使這一態(tài)勢(shì)發(fā)生根本性改變。如果說(shuō)我們今天的芯片設(shè)計(jì)主要依賴國(guó)外的IP和EDA工具，那么在Chiplet時(shí)代，我們用到的芯粒和EDA工具大概率還是依賴國(guó)外廠商。不過(guò)，魏少軍也指出，中國(guó)企業(yè)亦可在Chiplet上有所作為，比如中國(guó)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(kāi)辟了一片新天地，后續(xù)很可能會(huì)出現(xiàn)一種新的商業(yè)模式，即通過(guò)集成標(biāo)準(zhǔn)芯粒來(lái)構(gòu)建專用芯片的企業(yè)，這也是一些國(guó)際大廠打造Chiplet標(biāo)準(zhǔn)的原因。通過(guò)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(kuò)大自己的市場(chǎng)。就這方面而言，中國(guó)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(gè)側(cè)面體現(xiàn)出中國(guó)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(guó)半導(dǎo)體業(yè)沖刺國(guó)際先進(jìn)水平的靈丹妙藥。要想提升全行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)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(jì)和制造水平。