小芯片（chiplet）是一種制造系統(tǒng)的方法,，這個(gè)系統(tǒng)實(shí)際上由幾個(gè)較小的小芯片集成，但是從其封裝外部看起來就好像所有功能單元都在一顆芯片上一樣,。小芯片被業(yè)界廣泛視為可以保持計(jì)算行業(yè)系統(tǒng)性能繼續(xù)提升的一種重要舉措。
“小芯片”是什么,？
基于Chiplets的系統(tǒng),，簡(jiǎn)單來說就是未來的電腦系統(tǒng)不再需要各種各樣單獨(dú)的芯片，比如CPU／GPU以及各種芯片控制單元（MCU）,。我們只需要一個(gè)CPU芯片（Chiplets）和幾個(gè)GPU,，將這些GPU都連接到大硅片承載的Chiplets芯片上，從而構(gòu)成一體化的芯片網(wǎng)絡(luò),。
Chiplets的概念其實(shí)已存在了幾年,，隨著高級(jí)互聯(lián)和封裝技術(shù)的日趨成熟，人們對(duì)它的關(guān)注越來越多,。Chiplets可以被理解成是經(jīng)過設(shè)計(jì)和制造工藝優(yōu)化的專用硅塊或IP塊,，這使得它們可以被設(shè)計(jì)得盡可能小，從而增加其產(chǎn)量并最小化成本,。
畢竟,，現(xiàn)在7nm工藝的芯片都已經(jīng)造價(jià)不菲，是時(shí)候找找解決辦法了,。
續(xù)命摩爾定律,！小芯片時(shí)代來了
55年前，被推崇為芯片界“圣經(jīng)”的摩爾定律預(yù)言：當(dāng)價(jià)格不變時(shí),，集成電路上可容納的晶體管數(shù)量每隔18－24個(gè)月會(huì)增加一倍,，性能也隨之提升一倍。
當(dāng)年摩爾定律的出現(xiàn)設(shè)定了極為關(guān)鍵的技術(shù)發(fā)展節(jié)奏基準(zhǔn),，催化了科技市場(chǎng)欣欣向榮,，為整個(gè)IT行業(yè)帶來了難以估量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
使用先進(jìn)節(jié)點(diǎn)的好處很多,，晶體管密度更大,、占用空間更少,、性能更高,、功率更低，但挑戰(zhàn)也越來越難以克服,。
極小尺寸下,，芯片物理瓶頸越來越難以克服。尤其在近幾年，先進(jìn)節(jié)點(diǎn)走向10nm,、7nm,、5nm，問題就不再只是物理障礙了,，節(jié)點(diǎn)越進(jìn)化,，微縮成本越高，能扛住經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)的設(shè)計(jì)公司越來越少,。
根據(jù)公開報(bào)道,，28nm節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)成本約為5000萬美元，而到5nm節(jié)點(diǎn),，設(shè)計(jì)總成本已經(jīng)飆高到逾5億美元,，相當(dāng)于逾35億人民幣。
而守住摩爾定律,，關(guān)乎利潤(rùn)最大化,，如果研發(fā)和生產(chǎn)成本降不下來，那么對(duì)于芯片巨頭和初創(chuàng)公司來說都將是糟糕的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān),。
幸運(yùn)的是,，每當(dāng)摩爾定律被唱衰將走到盡頭，總會(huì)激發(fā)出科學(xué)家和工程師們創(chuàng)新構(gòu)想,，提出力挽狂瀾的突破性技術(shù),，將看似走向終結(jié)的摩爾定律一再推向遠(yuǎn)方。
基于小芯片的模塊化設(shè)計(jì),，正是其中解決成本問題的一個(gè)極為關(guān)鍵的構(gòu)想,。
小芯片的三大價(jià)值：開發(fā)快、成本低,、功能多
當(dāng)前芯片設(shè)計(jì)模式常從不同IP供應(yīng)商購(gòu)買軟核IP或硬核IP,，再結(jié)合自研模塊集合成一個(gè)片上系統(tǒng)（SoC），然后以某個(gè)制造工藝節(jié)點(diǎn)生產(chǎn)出芯片,。
而小芯片通過先進(jìn)封裝技術(shù),，能將多種不同架構(gòu)、不同工藝節(jié)點(diǎn),、甚至來自不同代工廠的專用硅塊或IP塊集成在一起,，可以跳過流片，快速定制出一個(gè)能滿足多種功能需求的超級(jí)芯片產(chǎn)品,。
相比單片芯片,，小芯片帶來的好處是多重的。
首先,，小芯片開發(fā)速度更快,。
在服務(wù)器等計(jì)算系統(tǒng)中,，電源和性能由CPU核心和緩存支配。通過將內(nèi)存與I／O接口組合到一個(gè)單片I／O芯片上,，可減少內(nèi)存與I／O間的瓶頸延遲,，進(jìn)而幫助提高性能。
其次,，小芯片的研發(fā)成本更低,。
因?yàn)樾⌒酒怯刹煌男酒K組合而成，設(shè)計(jì)者可在特定設(shè)計(jì)部分選用最先進(jìn)的技術(shù),，在其他部分選用更成熟,、廉價(jià)的技術(shù)，從而節(jié)省整體成本,。
例如,，AMD第二代EPYC服務(wù)器處理器Ryzen采用小芯片設(shè)計(jì)，將更先進(jìn)的臺(tái)積電7nm工藝制造的CPU模塊與更成熟的格羅方德12／14nm工藝制造的I／O模塊組合,，7nm可滿足高算力的需求,，12／14nm則降低了制造成本。
這帶來的好處是,，7nm制程部分的芯片面積大幅縮減,，而采用更成熟制程的I／O模塊有助于整體良率的提升，進(jìn)一步降低晶圓代工成本,。綜合來看,，CPU核心越多，小芯片組合的成本優(yōu)勢(shì)越明顯,。
最后,，小芯片能靈活滿足不同功能需求。
一方面,，小芯片方案具備良好的可擴(kuò)展性,。例如構(gòu)建了一個(gè)基本die后，可能只用一個(gè)die可應(yīng)用于筆記本電腦,，兩個(gè)可應(yīng)用于臺(tái)式機(jī),，四個(gè)可應(yīng)用于服務(wù)器；另一方面,，小芯片可以充當(dāng)異構(gòu)處理器,，將GPU、安全引擎,、AI加速器,、物聯(lián)網(wǎng)控制器等不同處理元素按任意數(shù)量組合在一起，為各類應(yīng)用需求提供更豐富的加速選擇,。
隨著小芯片的優(yōu)勢(shì)逐漸顯露,，它正被微處理器、SoC,、GPU和可編程邏輯設(shè)備（PLD）等更先進(jìn)和高度集成的半導(dǎo)體設(shè)備采用,。
根據(jù)研究機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，微處理器是小芯片最大的細(xì)分市場(chǎng),，支持小芯片的微處理器市場(chǎng)份額預(yù)計(jì)從2018年的4．52億美元增長(zhǎng)到2024年的24億美元,。同時(shí)，計(jì)算領(lǐng)域?qū)⒊蔀樾⌒酒闹饕獞?yīng)用市場(chǎng),，今年有望占據(jù)小芯片總收入的96％,。
市場(chǎng)預(yù)測(cè)
據(jù)市場(chǎng)研究認(rèn)為，“小芯片”正被更高級(jí)和高度集成的半導(dǎo)體設(shè)備采用,。例如,，微處理器（MPU），片上系統(tǒng)（SOC）設(shè)備,，圖形處理單元（GPU）和可編程邏輯設(shè)備（PLD）,，尤其MPU是最受歡迎的。即使僅計(jì)算依靠MPU 這個(gè)細(xì)分市場(chǎng)的“小芯片”市場(chǎng),，到2024年也能達(dá)到24億美元,。
“小芯片”將在未來4年內(nèi)成為集成了圖形、安全引擎,、人工智能（AI）加速,、低功耗物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的應(yīng)用處理器，這將是其58億美元市場(chǎng)的最重要因素,。
據(jù)業(yè)內(nèi)相關(guān)人士分析說： “從軟件開發(fā)人員到系統(tǒng)設(shè)計(jì)師,，再到技術(shù)投資者，幾十年來,，每個(gè)人都依賴摩爾定律所規(guī)定的兩年時(shí)間表,。隨著小芯片的到來，半導(dǎo)體業(yè)務(wù)和依賴小芯片的業(yè)務(wù)現(xiàn)在有機(jī)會(huì)回到慣常的發(fā)展速度,，這種速度為整個(gè)科技行業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,。”