元大期货

“拼接”芯片似乎已经成了芯片圈的新“时尚”。

苹果3月的春季新品宣布会宣布了将两块M1 Max芯片“黏合”而成的M1 Ultra，号称性能逾越英特尔顶级CPU i9 12900K和GPU性能天花板英伟达RTX3090。英伟达也在3月的GTC上宣布用两块CPU"黏合”而成的Grace CPU超级芯片，预计性能是尚未宣布的第5代顶级CPU的2到3倍。

更早之前，AMD在其EYPC系列CPU中，也用到了"黏合"这一步骤，让芯片设计成本削减一半。

自家芯片的“黏合”似乎已经不成问题，那么能否从全球市场上挑选出性能最优的芯片黏合在一起，缔造出更壮大的芯片？

几周前，能够实现芯片互连的"万能胶"泛起了，英特尔、AMD、台积电等芯片公司团结确立小芯片互连产业同盟，定制UCIe 1.0（Universal Chiplet Interconnect Express）尺度。

若是将统一家芯片公司的互连方式（例如英伟达的NVlink）视为只能黏合一种材质且功效单一的胶水，那么UCIe尺度的提出则意味着能够实现种种芯片互连的芯片万能胶的雏形初现。

芯片万能胶，是否已经有足够的能力替换不停微缩的晶体管，成为摩尔定律的"续命丹"？

1

「胶水」芯片时代的真起点

"胶水"芯片生长已经有一段时间了，但业内一直各自为政，由于没有统一的接口尺度，"胶水"芯片生态难建，大公司止步不前，小公司也不敢迈出第一步。

耐久以来，摩尔定律的连续演进被视为芯片性能提升的主要途径。

履历四十多年的生长，组成芯片的晶体管险些要缩小到原子级别，不仅面临难以突破的物理极限问题，制程升级的投入产出比也大幅下降，业界最先寻找新的设施提升产物性能，例如，通过改变封装的方式提升晶体管密度。

提出摩尔定律的戈登本人也意识到了封装的主要性，他在论文中写道："事实证实用较小的功效模块构建大型系统可能会更经济，这些功效模块将划分举行封装和互连。"

简朴来讲，也就是将原先生产好的芯片集成到一个封装中，到达削减产物开发时间和成本的目的，这些芯片模块可以是差异工艺节点，最终通过裸片对裸片的方式毗邻在一起，这一类似于用胶水将芯片毗邻起来而形成的模子，在业内被称Chiplet（可译为芯粒、小芯片）模子。

多年以来，AMD、英特尔、台积电、Marvell等芯片公司已经推出了一些类似于小芯片的设计，例如，英特尔接纳了称之为Foveros的小芯片方式，推出了3D封装的CPU平台，该封装方式将1个10nm的处置器内核和4个22nm的处置器内核封装集成在一起；台积电也正在开发一种被称为集成芯片系统（SoIC）的手艺。

在这些手艺中，裸片对裸片的互连至关主要，即需要将一个裸片与另一个裸片"黏合"在一起，每个裸片都包罗一个带有物理接口的IP模块，公共接口能够让两个裸片形成互连。

在Chiplet初期的探索中，许多公司开发了具有专有接口的互连，实现自家芯片模子间的互连。

由于Chiplet的最终目的是在内部或多个芯片供应商中获得优质且可互操作的芯片模块，因此Chiplet能否进一步往宿世长，取决于业内能否泛起一种能将差异芯片模子毗邻起来的尺度接口，也就是能够将种种芯片模块黏合起来的芯片"万能胶"。

今年3月初，万能胶UCIe终于泛起，芯片的胶水时代迎来新起点。

"每个行业开放尺度的落地都市引发这个行业的发作，遵照这一产业生长纪律，UCIe对Chiplet的生长意义重大，是Chiplet时代到来的主要标志。"半导体装备公司华封科技首创人王宏波向雷峰网示意。

"Chiplet在业内推广了许多年，一直在宣传，但一直没有推进产业化，很大一部门缘故原由就是在守候尺度确立。若是选择了一个错误的尺度，功效就得不到市场的认可，会白白虚耗许多精神。"芯原股份首创人、董事长兼总裁戴伟民说道。

不外，在UCIe确立之前，业内已有林林总总的接口类型，"万能胶"的泛起是否意味着那些曾在Chiplet领域有过探索的芯片公司们此前的起劲都白费了？

王宏波以为， Chiplet只是示意通过先进封装的方式将差其余芯片模块毗邻起来。"在Chiplet生长初期，各家都市凭证自家的产物需求对Chiplet举行自力的投入和研究，先各自在某些方面取得手艺突破后，再汇聚成行业尺度，这是正常的生长历程。"

晶方科技副总司理刘宏钧以为，UCIe尺度的制订，一定会用到部门原来已经界说过的协议、熟悉的协议，但也有一些新的尺度和封装集成方式需要重新界说，以实现更好的互操作性。“UCIe并不推翻业界之前的事情，而是将小芯片互联的手艺尺度化了。"

要明白UCIe对Chiplet时代即将发生的起劲作用，可以将其同PCIe举行类比，在协议层上甚至可以将UCIe明白为PCIe在缩微互联络构上的延伸。

"之前的PCIe解决了电脑系统与周边装备的数据传输问题，UCIe解决的是小芯片和小芯片，封装片上自力模块与模块之间的数据传输问题，若是没有统一的电气信号尺度，就不会形成多家企业配合完成系统集成的生态互助，若是没有互助，入局Chiplet的单个企业就很难完成行业生长所需的生态建设。"刘宏钧说到。

王宏波也表达了同样的看法，"PC时代，英特尔主导确立的x86系统就有一系列尺度，例如：PCIe尺度，可以让其他家的产物能够同英特尔的CPU分工协作，x86系统的一系列尺度，构建了整个PC时代的硬件系统，到了Chiplet时代，实在是将PC时代确立生态系统的逻辑缩小复刻到芯片中，Chiplet作为一个芯片组合，也需要靠UCIe尺度将差异公司的芯片设计利便的组合在一个芯片中，通过这种方式确立生态并推动整个行业向宿世长。"

不外， PCIe履历了十多年的生长才成为主流，UCIe1.0的泛起只是Chiplet时代真正到来的起点，距离Chiplet真正成为主流也另有一段路要走。即即是壮大如英特尔，也需要破费大量的时间和精神才气实现量产。

2

工艺实现成第一难，

工程用度无人愿肩负

"事实上Chiplet的生长，最大的难度不是在协议制订上，而是在产物界说以及制造环节，统一协媾和尺度是为了降低研发成本和加速市场应用。"创享投资的投资总监刘凌韬向雷峰网示意。

刘宏钧持有同样的看法，他以为虽然UCIe统一尺度的确立为产业界指明晰偏向，但在详细物理层指标带来的工艺能力要求和大规模制造环节仍然有不少挑战，例如封装体中多层质料的堆叠，从硅之间的堆叠到硅、有机质料、金属等多种质料。

"将这些质料毗邻起来需要细小的引线和线宽，庞大度高，良率受制程影响大，成本也会很高。"

刘宏钧说到。

以英特尔的EMIB为例，从英特尔所宣布的公然论文中可以发现，EMIB在工艺实现上面临不少难题，需要举行质料和工艺的开发，其硅桥的设计事情需要由懂质料、懂封装、懂制程和懂信号完整性的资深工程师们来配合实现。

另外，晶圆制造质料、装备都需要举行改善，其时间和成本是除苹果、英特尔等头部芯片公司之外无法遭受的。

不仅云云，即即是有了UCIe这芯片万能胶，"Chiplet在那里"的问题也难以解决。

"UCIe之后，Chiplet面临的是Chiplet供应商和应用商谁先迈出第一步的问题。这也是一个'鸡与蛋'的问题。Chiplet供应商较为体贴的是Chiplet一次性工程用度（NRE）该由谁来肩负，而应用商则忧郁是否有足够厚实的Chiplet可以应用，以及Chiplet产物的性价比何时能最先验证。"戴伟民说到。

正因云云，即即是有了UCIe这一尺度，人人也容易停留在张望阶段，都在守候第一个吃螃蟹的人泛起。"芯原正在与有意向使用Chiplet的企业起劲相同，并实验探索向潜在客户'众筹'Chiplet的方案，有望尽快打破僵局。"戴伟民弥补道。

3

续命摩尔定律，万能胶芯片不万能

抛开工艺难题，芯片万能胶普及的要害在于，能否延续摩尔定律给芯片公司们更大价值。

从产业链角度，一方面，Chiplet作为半导体产业的手艺趋势，需要各家芯片公司都在自己的位置上做最善于的事情，通太过工协作削减Chiplet芯片与市场需求匹配的时间和周期，因此芯片公司之间的毗邻会加倍慎密，另一方面，芯片万能胶似乎正在改写芯片公司或芯片产物的评价系统或维度。

"一直以来，最先进的前道晶圆工艺节点往往是芯片最佳性能的象征，最先进的工艺节点往往引领芯片性能生长的潮水。但到了Chiplet时代，单个先进工艺节点的竞争力有可能被多芯片异构系统集成取代，异构集成能力逐渐成为评价一家芯片设计或制造公司的新尺度。" 刘宏钧弥补到。

"也正因云云，英特尔主导介入了UCIe尺度的确立，以期构建一个围绕Chiplet手艺的生态圈，对其IDM2.0战略升级而言至关主要。"

值得一提的是，当先进制程对芯片性能提升的主要性水平被削弱时，对于在晶圆制造领域并不领先的中国大陆芯片产业的生长有利，尤其是中国大陆在先进封测领域位居天下前线，Chiplet时代有望占有一定优势。

"相比先进制造，在先进封装上，中国与国际先进水平的差距并不大，Chiplet的泛起对我国芯片产业的生长有利。"戴伟民说道。

从成本优势的角度来看，只管AMD、英特尔已经证实晰多芯片架构具有一定的经济性，但现实上，与微缩晶体管相比，芯片万能胶并不是在所有时刻都能带来最大的成本优势。

清华大学交织院博士研究生冯寅潇和清华大学交织院助理教授马恺声揭晓了一篇有关Chiplet成本盘算的论文，通过确立Chiplet精算师的成本模子对多芯片集成系统的成本效益举行精准评估。

效果发现，现阶段的Chiplets方案只有在800平方毫米的大芯片上才真正有收益，且工艺制程越先进，收益效果越显著。对于5nm芯片系统，当产量到达2万万时，多芯片架构才最先带往返报。

戴伟民也示意，不是所有芯片都适适用chiplet的方式，不要为了拆分而拆分，不少情形下单颗集成的系统芯片（SoC), 如基于FD-SOI工艺集成射频无线毗邻功效的物联网系统芯片，更有价值。

”平板电脑应用处置器，自动驾驶域处置器，数据中央应用处置器将是Chiplet率先落地的三个领域。也是解决chiplet‘鸡’和‘蛋’的问题的原动力。”

也就是说，虽然Chiplet有能力延续摩尔定律，但对于绝大多数不太先进的芯片公司而言，是没有需要早早就为芯片万能胶买单。因此也就能够明白，为何UCIe产业同盟是由几家芯片巨头携手共建的了。

但不能否认的是，性能、功耗和面积的升级依然是芯片界向宿世长的目的，随着越来越多的终端产物最先用得起加倍先进的工艺制程时，芯片万能胶主流时代就不会再遥远。

会有那么一天，但芯片万能胶的复用能力到达一定水平时，就有能力完全战胜晶体管集成了。