Chiplet 又稱芯?；蛘咝⌒酒?，它是將一類滿足特定功能的 die（裸片），通過 die-to-die 內(nèi)部互聯(lián)技術(shù)實現(xiàn)多個模塊芯片與底層基礎(chǔ)芯片封裝在一起,，形成一個系統(tǒng)芯片,，以實現(xiàn)一種新形式的 IP 復用。目前,，主流系統(tǒng)級單芯片（SoC）都是將多個負責不同類型計算任務的計算單元,，通過光刻的形式制作到同一塊晶圓上。

　　比如,，目前旗艦級的智能手機的 SoC 芯片上,，基本都集成了 CPU、GPU,、DSP,、ISP、NPU,、Modem 等眾多的不同功能的計算單元,，以及諸多的接口 IP，其追求的是高度的集成化,，利用先進制程對于所有的單元進行全面的提升,。而 Chiplet 則與之相反，它是將原本一塊復雜的 SoC 芯片,，從設(shè)計時就先按照不同的計算單元或功能單元對其進行分解,，然后每個單元選擇最適合的半導體制程工藝進行分別制造，再通過先進封裝技術(shù)將各個單元彼此互聯(lián),，最終集成封裝為一個系統(tǒng)級芯片組。

　　Chiplet 可以大幅提高大型芯片的良率

　　隨著高性能計算,、AI 等方面的巨大運算需求,，集成更多功能單元和更大的片上存儲使得芯片不僅晶體管數(shù)量暴增，芯片面積也急劇增大,。芯片良率與芯片面積有關(guān),，隨著芯片面積的增大而下降。一片晶圓能切割出的大芯片數(shù)量較少,，而一個微小缺陷則可能直接使一顆大芯片報廢,。Chiplet 可將單一 die 面積做小以確保良率,，并用高級封裝技術(shù)把不同的芯粒集成在一起。

　　Chiplet 有利于降低設(shè)計的復雜度和設(shè)計成本

　　Chiplet 芯片一般采用先進的封裝工藝,，將小芯片組合代替形成一個大的單片芯片,。利用小芯片（具有相對低的面積開銷）的低工藝和高良率可以獲得有效降低成本開銷。除芯片流片制造成本外,，研發(fā)成本也逐漸占據(jù)芯片成本的重要組成部分,，通過采用已知合格裸片進行組合，可以有效縮短芯片的研發(fā)周期及節(jié)省研發(fā)投入,。同時 Chiplet 芯片通常集成應用較為廣泛和成熟的芯片裸片,，可以有效降低了 Chiplet 芯片的研制風險，從而減少重新流片及封裝的次數(shù),，有效節(jié)省成本,。

　　Chiplet 有望降低芯片制造的成本

　　SoC 中具有不同計算單元，以及 SRAM,、I/O 接口,、模擬或數(shù)模混合元件等,。除了邏輯計算單元以外,，其他元件并不依賴先進制程也通常能夠發(fā)揮很好的性能。所以,，將 SoC 進行 Chiplet 化之后,，不同的芯粒可以根據(jù)需要來選擇合適的工藝制程分開制造,，然后再通過先進封裝技術(shù)進行組裝,，不需要全部都采用先進的制程在一塊晶圓上進行一體化制造，這樣可以極大的降低芯片的制造成本,。以 AMD 為例,，AMD 第二代 EPYC 服務器處理器 Ryzen 采用小芯片設(shè)計，將先進的臺積電 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。

　　全球半導體芯片巨廠紛紛布局 Chiplet,，Chiplet 未來市場空間廣闊

　　AMD,、臺積電、英特爾,、英偉達等芯片巨頭廠商嗅到了這個領(lǐng)域的市場機遇,，近年來開始紛紛入局Chiplet。AMD 最新幾代產(chǎn)品都極大受益于“SiP + Chiplet”的異構(gòu)系統(tǒng)集成模式,；另外,，近日蘋果最新發(fā)布的 M1 Ultra 芯片也通過定制的 UltraFusion 封裝架構(gòu)實現(xiàn)了超強的性能和功能水平,，包括 2.5TB/s 的處理器間帶寬。在學術(shù)界,，美國加州大學,、喬治亞理工大學以及歐洲的研究機構(gòu)近年也逐漸開始針對 Chiplet 技術(shù)涉及到的互連接口、封裝以及應用等問題開始展開研究,。據(jù) Omdia 報告,，預計到 2024年，Chiplet 市場規(guī)模將達到 58 億美元,，2035 年則超過 570 億美元,，市場規(guī)模將迎來快速增長。

　　UCIe：實現(xiàn) Chiplet 互聯(lián)標準的關(guān)鍵

　　隨著 Chiplet 逐步發(fā)展,，未來來自不同廠商的芯粒之間的互聯(lián)需求持續(xù)提升,。今年三月份出現(xiàn)的 UCIe， 即 Universal Chiplet Interconnect Express,，是一種由 Intel,、AMD、ARM,、高通,、三星、臺積電,、日月光,、Google Cloud、Meta 和微軟等公司聯(lián)合推出的 Die-to-Die 互連標準,，其主要目的是統(tǒng)一 Chiplet（芯粒）之間的互連接口標準,，打造一個開放性的 Chiplet 生態(tài)系統(tǒng)。UCIe 在解決 Chiplet 標準化方面具有劃時代意義,。

　　借助 UCIe 平臺,，未來有望實現(xiàn)更加完整的 Chiplet 生態(tài)系統(tǒng)

　　UCIe 產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)布了涵蓋上述標準的 UCIe1.0 規(guī)范。UCIe 聯(lián)盟在官網(wǎng)上公開表示,，該聯(lián)盟需要更多半導體企業(yè)的加入,，來打造更全面的 Chiplet 生態(tài)系統(tǒng)。同時,，加盟的芯片企業(yè)越多,，意味著該標準將得到更多的認可，也有機會被更廣泛的采用,。UCIe標準出現(xiàn)的最大意義在于，巨頭們合力搭建起了統(tǒng)一的 Chiplet 互聯(lián)標準,，這將加速推動開放的 Chiplet 平臺發(fā)展,，并橫跨 x86,、Arm、RISC-V 等架構(gòu)和指令集,。在 UCIe 標準下,，未來或許能推出同時集成 x86 的 Chiplet 芯片和 RISC-V 的Chiplet 芯片的處理器，并通過架構(gòu)的混用同時滿足 PC 和移動應用生態(tài)的需求,。

　　先進封裝：將 Chiplet 真正結(jié)合在一起的關(guān)鍵

　　UCIe 聯(lián)盟為 Chiplet 指定了多種先進封裝技術(shù),，包括英特爾EMIB、臺積電CoWoS,、日月光FoCoS-B等,。Chiplet雖然避免了超大尺寸 die，但同時也意味著超大尺寸封裝,，又高度融合晶圓后道工藝,，更在封裝方面帶來了極限技術(shù)挑戰(zhàn)，如封裝加工精度和難度進一步加大,，工藝窗口進一步變窄,，通用設(shè)備比例降低，設(shè)備升級需求大等,。除此之外,，散熱和功率分配也是需要考慮的巨大問題。目前頭部的 IDM 廠商,、晶圓代工廠以及封測企業(yè)都在積極推動不同類型的先進封裝技術(shù),，以搶占這塊市場。

　　芯片測試：保證 Chiplet 良率,，使 Chiplet 能夠正常運行,，測試設(shè)備數(shù)量和性能都有更高需求

　　由于 Chiplet 中封裝了多個 die，每一個 die 都不能失效才能保證 Chiplet 正常運轉(zhuǎn),。過去對于一些較低成本的芯片通常采取抽檢,，但若采用Chiplet 則需要全檢，以確保每一個 die 都能正常工作,。在對異構(gòu)集成進行測試時,，一方面要確保組裝的裸晶功能完好，另一方面還要提高裸晶在系統(tǒng)中的自檢能力,。不同于標準 IP,，Chiplet 設(shè)計難度大幅增加，需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游廠商協(xié)同設(shè)計,，因此在測試方法上也更加復雜和困難,。

　　后摩爾時代，Chiplet 給中國集成電路產(chǎn)業(yè)帶來了巨大發(fā)展機遇

　　首先，芯片設(shè)計環(huán)節(jié)能夠降低大規(guī)模芯片設(shè)計的門檻,；其次半導體 IP 企業(yè)可以更大地發(fā)揮自身的價值,，從半導體 IP 授權(quán)商升級為 Chiplet 供應商，在將 IP 價值擴大的同時,，還有效降低了芯片客戶的設(shè)計成本,，尤其可以幫助系統(tǒng)廠商、互聯(lián)網(wǎng)廠商這類缺乏芯片設(shè)計經(jīng)驗和資源的企業(yè),，發(fā)展自己的芯片產(chǎn)品,；最后，國內(nèi)的芯片制造與封裝廠可以擴大自己的業(yè)務范圍,，提升產(chǎn)線的利用率,，尤其是在高端先進工藝技術(shù)發(fā)展受阻的時候，還可以通過為高端芯片提供基于其他工藝節(jié)點的 Chiplet 來參與前沿技術(shù)的發(fā)展,。

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