AMD 公司使用 Chiplet 技術的 AI 芯片産品（來源：AMD）
随着 " 摩爾定律 " 失靈、先進工藝放緩受限下，借封裝彌補制程工藝放緩的 Chiplet（小芯片、芯粒）已成爲芯片技術發展的新路徑之一。因此，中國、美國開始加速發力 Chiplet 技術的商業化落地。
8 月上旬，由英特爾、AMD、高通和英偉達等芯片巨頭發起成立的全球 Chiplet 生态聯盟 UCIe，公布 1.1 規範版本更新，稱建立 Chiplet 生态合規和互操作性測試要求，并首次成立汽車工作組推進 Chiplet 在車芯上落地。早前，AMD 發布了全球首個 CPU（中央處理器）與 GPU（圖形處理器）耦合、擁有 1460 億晶體管的 AI 加速芯片 Instinct MI300，利用 13 個 Chiplet 實現性能提升，超越英偉達産品，計劃今年下半年量産。
與此同時，中國也在積極 Chiplet 技術生态布局。近日，無錫市創投、無錫錫東新城商務區管委會、清源投資、無錫芯光互連技術研究院四方共同發起成立 " 芯光互連産業基金 "，這是國内首個重點關注 Chiplet 芯片設計的垂直性産業基金項目，并啓動國内 Chiplet 開發者大賽，推進國内 Chiplet 技術的應用落地。
"Chiplet 熱潮在全世界就兩個國家，一個是美國，一個是中國。"中國工程院院士許居衍 8 月 10 日表示，Chiplet 技術将改變芯片設計、電子系統的 " 設計範式 "，不僅使設計電路如同 " 搭積木 " 成爲可能，而且有利于集成電路應用創新。
中國計算機互連技術聯盟秘書長郝沁汾 對钛媒體 App 表示，Chiplet 技術涉及到芯片全産業鏈，國内包括設計、EDA/IP、封裝和制造環節的企業都在積極關注 Chiplet 技術進展，成熟工藝和 Chiplet 技術結合，在某些應用領域能夠接近或替代傳統 7nm、5nm 先進制程芯片的技術效果。
許居衍院士強調，" 中國 Chiplet 的開放大有可爲。"
規模将超 4000 億，中國同時面臨機遇與挑戰
Chiplet 即 " 小芯片 " 或 " 芯粒 "，是芯片制造領域近年備受熱議的技術路線，通過把不同芯片的能力模塊化，利用新的設計、互連接口、封裝等技術，在一個封裝的産品中使用來自不同技術、不同制程甚至不同工廠的芯片，從而不僅滿足多元化、差異化市場需求，還能顯著降低芯片開發成本。
早至上世紀 70 年代，業界就有與 Chiplet 類似的 " 多芯片模組 "（MCM）概念，後拓展爲 " 多芯片封裝協議 "（MCP）、" 多元件集成電路 "（MCO）等。後來，Chiplet 概念由美國半導體公司 Marvell 創始人周秀文（Sehat Sutardja）于 2015 年提出的模塊化芯片架構演化而來，AMD 率先将其應用于服務器芯片設計。
實際上，從 16nm/14nm 節點開始，芯片設計和制造成本飙升，一個完全規模化工藝點的更新周期從 18 個月延長到 30 個月甚至更長，半導體工藝技術發展帶來的功耗、性能和面積（PPA）收益下降。如今最先進的芯片有數十億個晶體管，但芯片的擴展變得越來越困難，而且擴展所帶來的價格、性能和功率優勢的縮減速度都快于晶體管，尤其超過 3nm 之後，FinFET（鳍式場效晶體管）技術将失去動力。
同時在價格方面，芯片成本随着制程工藝升級不斷增加。以先進工藝節點處于主流應用時期的設計成本爲例，工藝節點爲28nm 時，單顆芯片設計平均成本約爲 4000 萬美元，7nm 芯片的設計成本爲 2.17 億美元，5nm 芯片的設計成本爲 4.16 億美元，3nm 的設計将耗資 5.9 億美元。
因此，考慮到整個芯片制造成本與功效等因素，将一個較大的芯片分解成多個更小的芯片，并根據需要進行混合和匹配的成本更低，産量更高的 Chiplet 應運而生。
據研究機構 Omdia 的數據預計，到 2024 年，Chiplet 的市場規模将達到 58 億美元，是 2018 年 6.45 億美元規模的 9 倍；到 2035 年，市場規模将進一步擴大到 570 億美元（約合人民币 4151.08 億元）以上，是 2018 年規模的 88 倍。預計 Chiplet 技術将迎來廣闊的發展空間。
如今，國内外 Chiplet 相關公司紛紛湧入賽道，積極布局 Chiplet 技術，在架構設計、互連接口和制造及先進封裝等産業鏈各方面都有新興的技術出現。
據钛媒體 App 的統計，目前國内從事 Chiplet 相關研發的企業和機構主要包括四類：
一是做計算芯片設計的企業，例如寒武紀、壁仞科技、瑞芯微電子（Rockchip）等； 二是以芯原股份、芯耀輝、芯和半導體等 EDA/IP（知識産權）企業； 三是一批新興的專爲企業提供 Chiplet 設計方案的封裝設計服務公司，例如奇異摩爾等； 四是後端封測制造企業，例如長電科技、華天科技、通富微電、甬矽電子等公司。
而且，Chiplet 标準方面也備受關注，國内主要包括中科院計算所，工信部電子标準院，以及華爲、中興等多家中國企業和科研院所。
國外則主要是 UCIe 聯盟，發起成員包括 AMD、Arm、日月光（ASE）、谷歌雲、英特爾、英偉達、Meta、微軟、高通、三星、台積電以及阿裏巴巴；貢獻者成員包括 IBM、應用材料、LG、安靠、博世、SK 海力士、西門子、長電科技、通富微電、合見工軟等；采用成員包括力積電、芯來科技等。此外，歐洲微電子研發中心（IMEC）也在開展 Chiplet 相關研究。
郝沁汾向钛媒體 App 透露，截至目前，中科院計算所發起的 Chiplet 組織中國計算機互連技術聯盟（CCITA）成員企業已達 100 家。
當前，海外企業在 Chiplet 方向上有多個落地産品、進步速度較爲激進。例如台積電，其正在開發一種名爲 " 集成芯片上系統 " ( SoIC ) 的技術，這種技術可以爲客戶提供使用芯片的 3D 設計；而 AMD 在 Chiplet 技術上深耕已久，目前 7nm CPU 和 GPU 産品均使用了 Chiplet 設計并封裝，未來 AMD 還将通過轉接闆和更密集的互連減少連線開銷，直接在計算芯片上堆疊存儲芯片，以及 3D 堆疊技術實現芯片封裝等。
國内方面，今年 1 月，晶圓封裝龍頭長電科技宣布，公司 XDFOI Chiplet 高密度多維異構集成系列工藝已按計劃進入穩定量産階段，同步實現 4nm 節點多芯片系統集成封裝産品出貨；龍芯中科采用 Chiplet 技術，研發出一款面向服務器市場的 32 核 CPU 處理器龍芯 3D5000，已經于今年上半年提供測試樣片；而寒武紀第四代 Al 處理器 MLUarch03、壁仞科技通用 GPU BR100 等量産芯片也都采用了 Chiplet 技術。
北京超摩科技 CEO 範靖認爲，Chiplet 技術爲高性能 CPU 設計提供多個技術優勢和機遇，比如 Chiplet 使得良率提升、能實現用最小産能服務最多的芯片、最大程度利用先進工藝産能等。
不過，當前由于生态系統問題、測試、缺乏标準等因素，Chiplet 技術的使用也受到了限制，面臨一定挑戰，尤其是 Chiplet 對于芯片互連間傳輸、翹曲帶來的制造良率、統一标準、安全性和可靠性等問題有一定影響。
例如，現在行業采用的 Chiplet 方法是将每個芯片單獨設計并封裝在一起，但這增加了芯片之間的延遲，而且效率并沒有那麽高； Chiplet 在設計、驗證和建模方面需要做更多的工作，測試需要在産品的整個生命周期中不斷進行，但 Chiplet 的挑戰是在壽命周期的早期發現問題，最遲在器件、封裝産品離開工廠之前，否則就需要重新設計流片，增加了量産時間； 而且 Chiplet 還需要一個标準化的接口，從而可供擴展或選擇，然而，多個廠商都用自己的标準協議，無法統一解決将制造和封裝與電氣标準相結合的問題，需要協議來确保跨系統的數據完整性。
此外，範靖提到，随着采用 Chiplet 設計的芯片規模越做越大，封裝複雜度上升，存在翹曲的風險，可靠性變差，還有算力增大、3D 堆疊引入了額外的功耗、面積、延遲等問題，從而直接影響芯片性能、物理布局、内存傳輸、測試等。
" 一是靈活性易用性如何實現，包括 CPU 核架構的選擇、如何用盡可能少的流片滿足不同産品對 CPU 核數的需求、如何在多裸片擴展時無縫實現核間緩存一緻性、如何方便有效地完成 CPU Chiplet 和應用之間的軟件整合等問題；
二是如何解決互連互通問題，包括做哪個标準、何時标準能融合、有沒有可能一個設計兼容多種協議、有了标準離完全的互連互通還有多遠、訪存延遲問題等；
三是如何把 CPU Chiplet 做出價值來，包括 CPU 主頻更高、功耗及能效比更好、面積更好、系統級就緒、車規要求等；
四是供應鏈方面的挑戰。" 範靖表示。
郝沁汾表示，受到中國芯片産業整體發展水平的制約，Chiplet 想要快速實現規模化落地，依然面臨着産業生态基礎薄弱的問題。盡管中國 Chiplet 熱度和企業積極性超過了美國，但國内産業鏈仍需要建立統一的标準體系，而且需要全行業提供 Chiplet 技術更細緻的戰略發展方向。
Chiplet 發展道阻且長
行業普遍認爲，Chiplet 的發展大緻分爲兩個階段：一是企業希望實現成本下降、部分性能提升，對自家産品的 " 分解 " 和 " 組合 "，并在此期間逐步催熟配套的封裝、測試、互連接口等環節；二是不同廠商、不同功能的專用芯粒 " 組裝 "，設計、互連接口、封裝等方面标準各不不同。
8 月 10 日，全流程 Chiplet 及高端芯片封測制造方案商蘇州銳傑微董事長方家恩提到，Chiplet 技術的關鍵就是要建立互連技術标準，這對于企業和産業十分重要。
2022 年 12 月，由中國計算機互連技術聯盟 ( CCITA ) 牽頭，聯合工信部中國電子工業标準化技術協會以及數十家企業和研究機構，聯合發布中國集成電路領域相關企業和專家共同主導制定的《小芯片接口總線技術要求》團體标準（下稱 " 技術要求 "），成爲中國首個原生 Chiplet 技術标準。
過去一段時間，郝沁汾一直爲 Chiplet 技術在行業和學術領域奔走，希望促進 Chiplet 标準化。
郝沁汾告訴钛媒體 App，過去半年，CCITA 聯盟一方面實現技術要求（T/CESA 1248-2023）标準于 2 月起正式實施，另一方面希望這套中國主導制定的 Chiplet 團體标準國際化，正推動其與 IEEE（電氣電子工程師學會）合作以探索實現國際 chiplet 标準的可能性。此外，CCITA 聯盟還基于技術要求标準制作參考設計，并建立更多工作組，加速推進國内 Chiplet 生态。
郝沁汾直言，有序、無序不代表沒有競争，而企業之間具有利益沖突性，很難直接達成統一的标準。因此，國内 Chiplet 芯片市場應需要有一個核心的梳理和推動産業發展者。
" 如果目前标準不統一的情況下，可以試圖在物理層上兼容，這種可能性是最大的。但是不存在一種可能性，即把 UCIe 和國内技術要求兩個标準完全統一。即使在一般協議标準中，很多技術都是在底層突破。" 郝沁汾表示。
郝沁汾曾提到，目前 UCIe 已基本制定完畢，國内企業能夠貢獻的内容有限。若涉及敏感技術細節，美國出口管制法規中有條款規定，沒有事先申請出口管制許可，即使是在标準活動中的讨論，也會違背出口管制。" 這可以證明，現階段加入美國标準組織，不能抱太多幻想。"
值得注意的是，無錫市創投還與芯光互連研究院等四家機構共同發起成立 " 芯光互連産業基金 "，重點推動早期 Chiplet 技術創業和産業落地。郝沁汾向钛媒體 App 透露，雖然基金規模不大，但其希望能在初期推進 Chiplet 産業鏈企業在無錫落地，并逐步建立産業集群。
郝沁汾強調，該産業基金不會注重短期回報，而是長期推進 Chiplet 産業布局，預計年内投資數十家企業。同時，該基金會利用 Chiplet 開發者大賽 " 篩選 " 挑選好的技術項目。目前該大賽共推進三個賽道，包括基于 Chiplet 架構的 SoC 芯片；面向 Chiplet 應用的接口 IP 與功能芯粒；面向 Chiplet 應用的 EDA 工具，一二三等獎項目如總部落地無錫錫山區，納入芯光互連産業基金備投庫，分别可給予最高 500 萬、300 萬、100 萬元的天使投資。
許居衍院士認爲，目前中國在 Chiplet 優勢包括擁有領先的先進封裝的企業、提出了芯粒互連接口協議标準、上下遊企業和學術産業較爲完整等。
許居衍提出 Chiplet 發展的三種解決方法；一是以高性能計算爲抓手，對之進行 " 功能分解 "，對需要新增添的異構性以及相應技術（如 EDA）列出，尋找解決辦法；二是在時期成熟基礎上，以 MPW（多項目晶圓加工）形式流片；三是集中發展先進封裝技術的工程化開發。
" 其實 Chiplet 并不是 " 彎道超車 "，而是它本來就在這條道上，但現在業界在這個事情上有 " 彎道超車 " 的解讀，更多可能是國家之間的競争來理解這個技術。就目前看，Chiplet 在某些應用領域能夠代替掉先進制程或傳統集成電路技術。對于中國來說，受限于國家之間的競争下，我們被逼到不得不做（Chiplet）這條路上。" 郝沁汾表示，中國隻靠 Chiplet 技術難以 " 彎道超車 "。Chiplet 并不能替代以光刻機的演進爲主要方向的傳統集成電路技術路線。
當前，對于 Chiplet 技術發展仍有一些争議，比如其難以用于移動手機、汽車通信等場景的芯片設計中，企業壟斷标準等問題。
郝沁汾強調，由于 Chiplet 技術仍在不斷創新，并長期影響芯片産業的發展，國家應該及時加大引導及分配資源，以實現更高的投入産出比，這樣可以加快推動中國的 Chiplet 技術和生态在全球取得領先地位。（本文首發钛媒體 App，作者｜林志佳）
