“摩爾定律(lv)”曾(ceng)主宰著半導體芯(xin)片一(yi)次(ci)次(ci)創造技術發展的奇跡，但近(jin)年來關于“摩爾定律(lv)”放(fang)緩甚(shen)至終(zhong)結的聲音愈演愈烈(lie)，“后摩爾時(shi)代”成(cheng)為行業一(yi)大熱詞。

新工藝制程發展(zhan)讓芯片體積性(xing)能(neng)不斷迭代(dai)，同(tong)時帶來了高昂的(de)科研成(cheng)本：據(ju)IBS統計(ji)，一個(ge)28nm芯片的(de)設(she)計(ji)成(cheng)本在4000萬美(mei)(mei)元，16nm芯片設(she)計(ji)成(cheng)本約1億美(mei)(mei)元，而5nm芯片的(de)設(she)計(ji)成(cheng)本更(geng)高達5.4億美(mei)(mei)元。工藝微縮(suo)的(de)前景幾(ji)乎(hu)打破摩爾定律 “投(tou)資發(fa)展制(zhi)(zhi)程——芯片生產(chan)成本(ben)降低——制(zhi)(zhi)程再投(tou)資”的邏輯。

來(lai)源(yuan)：International Business Strategies (IBS)

在延伸(shen)“摩爾定律”的(de)道(dao)路上，Chiplet（芯粒）生逢(feng)其時。

3月2日(ri)，英(ying)特(te)爾聯合10家(jia)芯(xin)(xin)片(pian)巨頭成立Chiplet標準聯盟，正式推出Chiplet（芯(xin)(xin)粒(li)）的(de)通(tong)用(yong)標準“UCle”（Universal Chiplet Interconnect Express通(tong)用(yong)芯(xin)(xin)粒(li)互連），用(yong)來(lai)打通(tong)各家(jia)芯(xin)(xin)片(pian)鏈(lian)接協(xie)議(yi)，構建一個開放(fang)可(ke)互操(cao)作(zuo)的(de)Chiplet生態系統。

正當(dang)業內(nei)詫異Chiplet聯盟成員沒有蘋果(guo)、遺憾沒有中國大陸芯片廠(chang)商(shang)問津(jin)時(shi)，3月14日(ri)，來自(zi)芯東西的(de)一篇報道，透露出國內(nei)Chiplet標(biao)準即(ji)將面世的(de)消(xiao)息，國標(biao)Chiplet草案已制訂完(wan)畢并有望在(zai)2022年(nian)第一(yi)季度公示，今(jin)年(nian)年(nian)底將進行《小芯片接口總線技術要求》初版標(biao)準發(fa)布，或將(jiang)成為國產芯片打破制程封鎖，實現彎道超車的(de)重要引擎。

小芯片“續寫”摩爾定律？

作為先進封(feng)裝(zhuang)(zhuang)技術的(de)代表，Chiplet走向了(le)和傳(chuan)統SoC完全不(bu)同的(de)道路。它將復(fu)雜芯(xin)片拆解成一組具有(you)單(dan)獨功(gong)能的(de)小芯(xin)片單(dan)元die（裸片），通(tong)過die-to-die將模塊芯(xin)片和底層(ceng)基(ji)礎芯(xin)片封(feng)裝(zhuang)(zhuang)組合在一起(qi)，類似于(yu)搭建樂高積(ji)木(mu)，形成一個(ge)系統芯(xin)片。

Chiplet的概念早在10余年前就(jiu)被(bei)提出，Marvell創始人周(zhou)秀文博士在ISSCC2015大(da)會上提出了提出Mochi架(jia)構的概念，他認為Mochi可(ke)成(cheng)為諸多應用的基礎架(jia)構。幾年后(hou)，這個(ge)概念開花結果(guo)，在經(jing)濟優(you)勢和市(shi)場(chang)(chang)驅動下，AMD、臺積電、英特爾(er)、英偉(wei)達等芯片巨頭廠商嗅到了這個(ge)領(ling)域的市(shi)場(chang)(chang)機遇，形成(cheng)了現在的Chiplet。

使用Chiplet 的好處很多(duo)，以SoC為代表的集成芯片(pian)正面臨經濟邊界和物理(li)邊界兩大難題：一(yi)是先進制(zhi)程(cheng)工藝成本高昂，二是模擬(ni)電路、I/O 等(deng)愈來愈難(nan)以隨著(zhu)制(zhi)程(cheng)技術縮小。

而(er)Chiplet在理(li)論(lun)上完(wan)美(mei)補足(zu)了這兩個“缺陷”，用(yong)成(cheng)熟(shu)的工藝把大芯片分(fen)成(cheng)小芯片，能通過(guo)量(liang)產(chan)有(you)效改善良(liang)率(lv)，同時降低(di)制(zhi)造成(cheng)本(ben)。根據研究(jiu)人(ren)員分(fen)析，這項技術(shu)可以將大型7nm設計的成(cheng)本(ben)降低(di)高達25%；在5nm及以下的情(qing)況下節省(sheng)成(cheng)本(ben)更大。

其次，Chiplet可以(yi)(yi)降低微縮設(she)計的復雜程(cheng)度與(yu)設(she)計成(cheng)本(ben)，以(yi)(yi)電路分割的小芯片各自強化(hua)相(xiang)應功能(neng)、制(zhi)(zhi)程(cheng)技術、尺寸，最后整(zheng)合在一起，以(yi)(yi)克服制(zhi)(zhi)程(cheng)微縮的挑(tiao)戰。

3月初Apple春(chun)季(ji)發(fa)布會上曝光的(de)“宇宙級處理器”M1 Ultra 就是用(yong)兩個(ge)M1芯片采用(yong)UltraFusion的架構封(feng)裝(zhuang)技術完成(cheng)的，搭(da)載了1140億(yi)個(ge)晶體管。根據蘋果和臺積電(dian)(dian)公布的專利論文來看，業(ye)內人(ren)士猜測，UltraFusion應是(shi)基(ji)于臺積電(dian)(dian)第五代CoWoS Chiplet技術的互連(lian)架(jia)構(gou)。M1 ultra芯片充分顯示(shi)了Chiplet在封裝(zhuang)互連(lian)技術、半導體制造和電(dian)(dian)路設計(ji)上的巨大想象(xiang)空(kong)間。

圖源：蘋(pin)果(guo)

蘋果M1的工藝思(si)路(lu)，與我(wo)國即將推出(chu)的Chiplet標準技術不謀而合。

彎道超(chao)車：中國特色的(de)Chiplet標準(zhun)

對我國(guo)(guo)半導體(ti)產業(ye)而言，Chiplet被認為是與國(guo)(guo)外差距(ju)較小的先進封裝技術，被看作(zuo)是后摩爾(er)時代中國(guo)(guo)集成電路企業(ye)突破的希望，越(yue)來越(yue)多的企業(ye)與工廠加大對Chiplet的研發：華為是國(guo)(guo)內最早嘗試Chiplet的一(yi)批公司，海思(si)半導體(ti)在早期就與臺積電合作(zuo)過Chiplet技術，國(guo)(guo)產芯(xin)片廠商芯(xin)動科技在一(yi)款(kuan)高性能服務器(qi)級(ji)顯卡GPU上使用(yong)了INNOLINK Chiplet技術……

小芯片有著卓越的經濟優勢，但作為新(xin)生技術也面臨不少挑戰。困(kun)于(yu)不同(tong)架構、不同(tong)制造商(shang)生產(chan)的die之(zhi)(zhi)間(jian)的互連(lian)接口和協議的不同(tong)，Chiplet的研發者在設計之(zhi)(zhi)初就得考慮(lv)工(gong)藝制程、封裝技術、系(xi)統集成、擴展(zhan)傳(chuan)輸(shu)等諸多(duo)復雜因素，這(zhe)使得Chiplet的設計過程異常艱難。AMD的高級研究員Bryan Black概述(shu)了Chiplet芯片設計的九個考慮和挑(tiao)戰：

如何在一個系統中劃分die

設計重用

管理(li)參數(shu)變化

功率輸出

連接速度

劃分開銷

全局時(shi)鐘

die的安全

熱(re)管理

樂高玩(wan)具之所以全球(qiu)風行，基礎在于其積木模件的(de)標(biao)準化(hua)，而Chiplet除了工藝設(she)計之外的(de)另(ling)一個(ge)難題(ti)，是(shi)die-to-die互(hu)聯(lian)的(de)標(biao)準化(hua)。

在UCle出現之前，眾多芯片廠商都(dou)在“自說自話(hua)式”推廣(guang)自家互聯標準：如(ru)英偉達推出用(yong)于GPU的高速互(hu)(hu)(hu)聯(lian)NV Link方案(an)；Intel免費向外界授權的AIB接口(kou)總線(xian)協議；臺積電也有TSMC和ARM合作搞(gao)了LIPINCON協議；AMD主張的Infinity Fabrie總線(xian)互(hu)(hu)(hu)聯(lian)技術，以(yi)及(ji)用(yong)于存儲(chu)芯(xin)片堆疊互(hu)(hu)(hu)聯(lian)的HBM接口(kou)等等。

UCle的(de)推行，讓(rang)本在(zai)市場上互(hu)相傾軋的(de)幾大巨頭開(kai)始攜手抱團，可見Chiplet的(de)商(shang)業價值與(yu)無限潛(qian)力。開(kai)始推廣Chiplet標準化的(de)時(shi)代(dai)就這樣悄(qiao)然來(lai)臨。

面對UCle的(de)(de)出現(xian)，芯謀研究分析師(shi)認為，“我們要繼續走好自己的(de)(de)路，在加(jia)速國產化替代的(de)(de)同時，做好應對一(yi)切沖擊(ji)的(de)(de)準備，UCIe提供了(le)一(yi)種可(ke)參考的(de)(de)產業(ye)(ye)平(ping)臺機(ji)制，我們亦可(ke)以通(tong)過組建內(nei)(nei)部產業(ye)(ye)聯盟的(de)(de)方式來優(you)化產業(ye)(ye)分工，進一(yi)步加(jia)快國內(nei)(nei)產業(ye)(ye)發展，提高國內(nei)(nei)半導體(ti)產業(ye)(ye)對于沖擊(ji)的(de)(de)耐受力。”

在2021年1月(yue)，國內半導體巨(ju)頭華為海(hai)思牽頭，與中芯國際(ji)、紫光展銳、長江存儲(chu)、龍芯等國產(chan)半導體相關企業，組建了(le)中國國產(chan)芯片聯(lian)盟。2021年5月(yue)，中國計算(suan)機互連技術聯(lian)盟（以下簡稱(cheng)CCITA）在中電標(biao)(biao)協立(li)項了(le)Chiplet標(biao)(biao)準(zhun)——《小芯片接(jie)口總線技術要求》，由國家部委和多個(ge)芯片廠(chang)商合(he)作(zuo)(zuo)展開(kai)標(biao)(biao)準(zhun)制定工作(zuo)(zuo)。

據“芯東西(xi)”報道，《小芯片接口(kou)總線技(ji)術要求》草(cao)案(an)現已制訂完(wan)畢，即將進入征求意見(jian)階段，預計第(di)一季度掛(gua)網公示和意見(jian)征集，第(di)二季度完(wan)成(cheng)技(ji)術驗證計劃制訂，2022年(nian)底前(qian)完(wan)成(cheng)技(ji)術驗證和確定(ding)標準文本(ben)，并發布首個可用(yong)的(de)Chiplet協議(yi)版本(ben)。

CCITA秘書長(chang)、中(zhong)科院計(ji)算所研究員郝沁(qin)汾認(ren)為，“集成(cheng)電路(lu)互連技術現階段對我們國(guo)家的價值(zhi)，主要是解決我們完(wan)全無法使(shi)(shi)用先進制程的問題，如采用28nm的芯(xin)片，通過chiplet的方式，使(shi)(shi)其性能和功能接近16甚(shen)至7nm工(gong)藝的芯(xin)片性能。”

解決互聯標準只是第一步，在技(ji)術層面(mian)，Chiplet 還面(mian)臨(lin)著來自(zi)先進封(feng)裝、測(ce)試、軟件(jian)配合等多個方(fang)面(mian)的挑戰(zhan)，郝沁汾坦言，“但是做到像PCIe、CXL這樣(yang)的普及程度，還需要更長時間，也需要國(guo)內企業的支持。”

學界人(ren)士也(ye)指出，在目前芯片工藝被國(guo)際形勢“卡脖(bo)子”的(de)情況下，通過研(yan)究Chiplet先進封裝(zhuang)，在一(yi)定程度上“繞(rao)開”被卡的(de)技術難點，甚至實(shi)現(xian)所謂的(de)“彎(wan)道(dao)超(chao)車”、“換道(dao)超(chao)車”是(shi)很多人(ren)自(zi)然(ran)(ran)而然(ran)(ran)的(de)想法，但集(ji)成電路產業的(de)積(ji)累不是(shi)短時間可以完成的(de)，Chiplet不是(shi)救市良方(fang)也(ye)不是(shi)靈丹(dan)妙藥，它不過是(shi)一(yi)種技術發展(zhan)的(de)思路而已，國(guo)內(nei)廠商要走“自(zi)研(yan)”路線，仍需打磨很長時間。

而對(dui)整個IOT行業來說，面對(dui)最大的痛(tong)點——碎片化，Chiplet為(wei)我們提供了一(yi)種組(zu)裝化(hua)的思(si)路，去面對技(ji)術碎(sui)片(pian)化(hua)、應用(yong)碎(sui)片(pian)化(hua)，當我們將(jiang)這個(ge)思(si)路擴展，用(yong)不同的物聯網技(ji)術去組(zu)合搭載(zai)解決(jue)碎(sui)片(pian)化(hua)的場景，就讓1+1＞2成為(wei)可能。