中國(guó)半導(dǎo)體破局之路

2000年-2010年，中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)坐了10年冷板凳。2014年之前，互聯(lián)網(wǎng)的黃金年代，卻是半導(dǎo)體的冬天。

十年一個(gè)周期，中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的融資額已經(jīng)登上萬(wàn)億臺(tái)階，繁榮背后泡沫也是肉眼可見。并且國(guó)際局勢(shì)風(fēng)云變幻和地緣政治問(wèn)題明顯，卡脖子問(wèn)題也日益突出。

從“冬天”再到“冬天”，過(guò)去十年，中國(guó)芯片半導(dǎo)體剛好經(jīng)歷了一個(gè)完整的周期，當(dāng)寒冬再次來(lái)臨，如何穿越周期，成為一個(gè)關(guān)鍵的命題。

01 國(guó)內(nèi)外芯片行業(yè)波詭云譎

全球芯片格局正在發(fā)生前所未有的大變革。

美國(guó)《芯片和科學(xué)法案》的簽署，將半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的明爭(zhēng)暗斗推向高潮，韓國(guó)、歐盟等國(guó)家和地區(qū)都在加速建立自己半導(dǎo)體壁壘。美國(guó)《芯片和科學(xué)法案》明確規(guī)定，未來(lái)將為美國(guó)半導(dǎo)體研發(fā)、制造以及勞動(dòng)力發(fā)展提供 527 億美元補(bǔ)貼，同時(shí)限制相關(guān)企業(yè) 10 年內(nèi)不得在中國(guó)增產(chǎn) 28nm 以下級(jí)別先進(jìn)制程芯片。

2月份，歐盟對(duì)芯片行業(yè)追加150億歐元投資，以提高芯片產(chǎn)能，減少對(duì)亞洲芯片進(jìn)口的依賴；8月初，韓國(guó)正式實(shí)施《國(guó)家尖端戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)法》，加強(qiáng)扶持半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，同時(shí)三星、SK海力士等科技公司承諾向韓國(guó)本土投資340萬(wàn)億韓元（約2600億美元）。

8 月 12 日，美國(guó)商務(wù)部工業(yè)和安全局（BIS）在聯(lián)邦公報(bào)上發(fā)布了一項(xiàng)臨時(shí)最終規(guī)定，將 4 項(xiàng)“新興和基礎(chǔ)技術(shù)”加入出口管制清單，其中 3 項(xiàng)涉及半導(dǎo)體，并包括芯片設(shè)計(jì)中最上游、最高端的產(chǎn)業(yè) EDA。

這 4 項(xiàng)技術(shù)是 42 個(gè)參與國(guó)在 2021 年 12 月會(huì)議上達(dá)成共識(shí)控制的項(xiàng)目之一，具體包括：

• 兩種超寬帶隙基板半導(dǎo)體材料氧化鎵（Ga2O3）和金剛石
• 設(shè)計(jì) GAAFET 架構(gòu)（全柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管）的先進(jìn)芯片 EDA 軟件工具
• 用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力增益燃燒技術(shù)

這 4 項(xiàng)技術(shù)中，最受外界關(guān)注的當(dāng)屬 EDA 軟件。EDA 是電子設(shè)計(jì)的基石產(chǎn)業(yè)，也被行業(yè)內(nèi)稱為“芯片之母”。

美國(guó)商務(wù)部表示，此次管控的四項(xiàng)新興和基礎(chǔ)技術(shù)，使用其都將“顯著增加軍事潛力”。而列入該清單意味著，這四種技術(shù)的出口將需要向美國(guó)商務(wù)部申請(qǐng)出口許可。如果企業(yè)申請(qǐng)出口許可但美國(guó)政府不允許的話，上述技術(shù)可能無(wú)法在全球產(chǎn)業(yè)鏈中進(jìn)行供應(yīng)。

世界半導(dǎo)體投資風(fēng)云變幻，中國(guó)內(nèi)地也不平靜。參考筆者之前的文章：半導(dǎo)體行業(yè)大地震。

中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)過(guò)去十年取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，從2010年前后的投資萌芽，到2014年逐步升溫，再到2019年之后的快速繁榮。如今，隨著“寒潮”來(lái)臨，又將進(jìn)入回調(diào)轉(zhuǎn)型的新階段。

世界局勢(shì)風(fēng)云變幻，地緣政治日益突出，站在復(fù)雜多變的今天，半導(dǎo)體如何破局，成了很多行業(yè)者必須思考的問(wèn)題。

筆者認(rèn)為必須抓住兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：實(shí)現(xiàn) IP架構(gòu)和芯片制造工藝的突破。

第一：芯片設(shè)計(jì)位于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的最上游，是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)最核心的基礎(chǔ)，擁有極高的技術(shù)壁壘。半導(dǎo)體知識(shí)產(chǎn)權(quán)的集中體現(xiàn)是享有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的IP 核（Intellectual Property Core）。開源的RISC-V為中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)帶來(lái)更多想象空間，基于RISC-V的處理器 IP 將會(huì)大放異彩。

第二：美國(guó)對(duì)于芯片“脫鉤斷鏈”的推動(dòng)，直接導(dǎo)致國(guó)內(nèi)在芯片制程的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)受到限制，Chiplet 工藝技術(shù)或?qū)⒊蔀樾酒阅芡黄频年P(guān)鍵。未來(lái)，芯片半導(dǎo)體的機(jī)遇主要集中在以Chiplet為主的新結(jié)構(gòu)和新封裝技術(shù)，產(chǎn)業(yè)鏈的上游半導(dǎo)體設(shè)備和材料上。

02 RISC-V IP架構(gòu)異軍突起

什么是IP？

IP是芯片設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中逐步分離出來(lái)的、經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的、可重復(fù)使用的功能模塊，通過(guò)使用IP核，設(shè)計(jì)人員無(wú)需從0開始對(duì)所有細(xì)節(jié)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，而是借助特定的IP核經(jīng)調(diào)整后快速完成某個(gè)模塊的設(shè)計(jì)，以縮短開發(fā)周期，降低設(shè)計(jì)成本，降低設(shè)計(jì)錯(cuò)誤發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，提高芯片設(shè)計(jì)效率。

如果打開一顆芯片，我們能看到版圖上很多個(gè)IP組成了整個(gè)電路。這些集成電路IP核在芯片設(shè)計(jì)中看得到摸得著，也能夠完成一定功能，更重要的是可以通過(guò)授權(quán)不同客戶實(shí)現(xiàn)復(fù)用。如果做一個(gè)比喻，那IP就是組成芯片設(shè)計(jì)的“樂(lè)高”模塊。

當(dāng)我們要設(shè)計(jì)一款微處理器芯片時(shí)，需要先確定使用何種指令架構(gòu)，然后再根據(jù)指令架構(gòu)設(shè)計(jì)芯片和微處理器，最后流片生產(chǎn)。

芯片設(shè)計(jì)有三種不同的模式：

1、封閉設(shè)計(jì)。Intel X86系統(tǒng)架構(gòu)是由自己公司引領(lǐng)的

其他公司如果需要使用其指令集設(shè)計(jì)微處理器，則需要專利付費(fèi)授權(quán)

從系統(tǒng)架構(gòu)到芯片制造都是英特爾自己維護(hù)，屬于完全封閉的設(shè)計(jì)

2、專利設(shè)計(jì)。Arm賣專利不賣芯片

Arm提供微處理器的設(shè)計(jì)，將IP授權(quán)給高通、蘋果、華為等公司，后者基于ARM指令集設(shè)計(jì)自己的芯片

還有一些公司用ARM設(shè)計(jì)好的IP做自己的SoC生產(chǎn)或代工芯片

3、自由開放設(shè)計(jì)。開源的RISC-V屬于第三種模式

任何人都可以使用這一套指令集，基于RISC-V做好設(shè)計(jì)然后賣專利，SiFive就是這樣的模式

另外一些公司，如西部數(shù)據(jù)則是基于RISC-V開源指令集自研芯片，然后加工生產(chǎn)

PC時(shí)代盛行封閉設(shè)計(jì)模式，移動(dòng)手機(jī)時(shí)代，專利模式當(dāng)?shù)?。如今，RISC-V開創(chuàng)了新的自由設(shè)計(jì)模式。

上世紀(jì) 80年代是芯片競(jìng)爭(zhēng)最為精彩激烈的時(shí)代，眾多不同計(jì)算機(jī)芯片架構(gòu)的蓬勃發(fā)展，百花齊放。在處理器發(fā)展的幾十年歷史中，各種處理器架構(gòu)曾層出不窮、百花齊放過(guò)。但經(jīng)過(guò)近30年產(chǎn)業(yè)的大浪淘沙，其他的處理器架構(gòu)逐步被遺忘在歷史博物館，目前只留下X86和ARM兩大強(qiáng)勢(shì)處理器架構(gòu)。

天下苦ARM久矣，眼看著曾經(jīng)移動(dòng)、桌面、服務(wù)器三分天下的局面就要變成ARM一統(tǒng)江湖，這促使更多的公司考慮 RISC-V，這對(duì) RISC-V 而言意義重大。這是自80年代以來(lái)芯片架構(gòu)多樣性消失之后，再次推動(dòng)架構(gòu)多樣性的好機(jī)會(huì)。

RISC-V自面世以來(lái)，就受到了行業(yè)很多的關(guān)注。不同于過(guò)去x86、ARM等國(guó)外商業(yè)公司壟斷的私有指令集架構(gòu)，RISC-V最大的特點(diǎn)是——“開放標(biāo)準(zhǔn)化”，這種開放性，在CPU領(lǐng)域是徹底的第一次，也是CPU技術(shù)變革的一次絕佳機(jī)遇。

RISC-V首席技術(shù)官M(fèi)ark Himelstein說(shuō)：RISC-V是一種開放的硬件，開放源代碼的硬件指令集體系結(jié)構(gòu)：

• RISC-V是完全開源的，任何人都可以免費(fèi)使用

RISC-V架構(gòu)本身開源，但基于RISC-V架構(gòu)開發(fā)的CPU IP核是收費(fèi)的

類似于開源的Linux與收費(fèi)的Redhat Linux一樣，商業(yè)的RISC-V IP核可以提供比開源核更好的穩(wěn)定性、發(fā)展連續(xù)性、售后服務(wù)

• 一種精簡(jiǎn)的指令集計(jì)算機(jī)（RISC）架構(gòu)

只有47條指令

相比之下，Arm有200多條指令

AMD和Intel使用的復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)（CISC）架構(gòu)遠(yuǎn)超過(guò)1500條指令

• 可擴(kuò)展性

模塊化設(shè)計(jì)，只配置需要的部分嚴(yán)格規(guī)定兼容性

Engineer可以添加自己的指令集

可用于DSA(特定域的加速度)

從競(jìng)爭(zhēng)性角度看，Arm架構(gòu)和x86架構(gòu)分別在移動(dòng)終端、PC和服務(wù)器市場(chǎng)壟斷多年，在這些領(lǐng)域RISC-V新玩家滲透進(jìn)去還非常需要時(shí)日。但是在AIoT、新能源汽車電子、異構(gòu)計(jì)算等新興領(lǐng)域，RISC-V和其他架構(gòu)站在同一起跑線，反而具備一些巨頭們不具備的新起跑優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)前市場(chǎng)整合、地緣政治優(yōu)先事項(xiàng)和物聯(lián)網(wǎng)終端的激增，正大力推動(dòng)RISC-V得到更廣泛地采用。近期，RISC-V國(guó)際基金會(huì)的首席執(zhí)行官卡利斯塔·雷德蒙德表示，估計(jì)市場(chǎng)上已經(jīng)有100億個(gè)RISC-V核心。從2010年誕生至今，RISC-V用12年左右的時(shí)間實(shí)現(xiàn)100億核心數(shù)的出貨量，展現(xiàn)了作為新架構(gòu)的生命力。

03 RISC-V 留給中國(guó)的窗口期

鑒于國(guó)家之間的地緣政治或貿(mào)易緊張局勢(shì)可能會(huì)對(duì)國(guó)家的技術(shù)主權(quán)產(chǎn)生不利影響。歐盟和中國(guó)正著眼于通過(guò)RISC-V推動(dòng)計(jì)算技術(shù)主權(quán)。

在歐洲，RISC-V在歐洲處理器計(jì)劃 (EPI) 的推動(dòng)下獲得了巨大的發(fā)展勢(shì)頭：

• 巴塞羅那超級(jí)計(jì)算中心正在主導(dǎo)eProcessor項(xiàng)目，旨在構(gòu)建高性能亂序RISC-V ISA處理器來(lái)用于HPC用例

• 2020年，EPI構(gòu)建出一個(gè)用于高效浮點(diǎn)計(jì)算的4096核RISC-V小芯片原型Manticore。與其它商用CPU和GPU相比，該處理器執(zhí)行浮點(diǎn)密集型業(yè)務(wù)負(fù)載的能效是前者的五倍

在俄羅斯，服務(wù)器制造商Yadro、芯片設(shè)計(jì)公司Syntacore與技術(shù)投資公司Rostec達(dá)成合作，致力于構(gòu)建基于RISC-V的新CPU，產(chǎn)品路線圖包括具有四個(gè)RISC-V內(nèi)核（時(shí)鐘頻率為1.5GHz）的12nm SoC。

在北美：

SiFive由RISC-V的發(fā)明者創(chuàng)立，總部位于舊金山，獲得了Intel Capital、Qualcomm ventures和西部數(shù)據(jù)的投資

西部數(shù)據(jù)和希捷的存儲(chǔ)控制器中已經(jīng)采用了RISC-V內(nèi)核

谷歌正在其OpenTitan項(xiàng)目中利用RISC-V，旨在通過(guò)硅芯片信任根 (RoT) 提高計(jì)算的安全性，并防御Spectre和Meltdown等安全威脅

AI CPU初創(chuàng)公司Tenstorrent宣布，其SoC將使用SiFive的64位RISC-V內(nèi)核X280，該內(nèi)核集成了512位寬的RISC-V矢量擴(kuò)展（RVV）

英特爾宣布與RISC-V處理器內(nèi)核（針對(duì)CPU和協(xié)處理器）提供商SiFive合作，使用SiFive最高性能的RISC-V處理器內(nèi)核P550

在亞太地區(qū)，中國(guó)正在引領(lǐng)RISC-V技術(shù)的發(fā)展：

• 中國(guó)CPU供應(yīng)商龍芯中科開發(fā)基于RISC-V的高性能CPU用于HPC

• 華為海思自研一款支持全球各種制式的模擬電視（ATV）主處理芯片，內(nèi)置海思自研32位RISC-V CPU

• 中科院RISC-V“香山”處理器已流片，亮相舊金山RISC-V峰會(huì)

• 賽昉中國(guó)成立于2018年8月，技術(shù)源自于美國(guó)Sifive公司，主營(yíng)業(yè)務(wù)為RISC-V CPU IP授權(quán)和芯片設(shè)計(jì)

• 芯來(lái)科技成立于2018年6月，團(tuán)隊(duì)源自半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)行業(yè)頭部公司，為獨(dú)立的第三方RISC-V 架構(gòu) CPU IP授權(quán)公司

• 平頭哥半導(dǎo)體成立于2018年10月，為原中天微電子，后被阿里巴巴集團(tuán)并購(gòu)。公司主營(yíng)業(yè)務(wù)為RISC-V CPU IP授權(quán)和芯片設(shè)計(jì)，并以后者為主要業(yè)務(wù)

• 中國(guó)臺(tái)灣的晶心科技成立于2005年，公司位于中國(guó)臺(tái)灣新竹，主營(yíng)業(yè)務(wù)為基于RISC-V架構(gòu)的CPU IP核授權(quán)

軟件生態(tài)方面，RISC-V生態(tài)也是迅猛發(fā)展，從各種主流的編程語(yǔ)言（如C、C++、Golang），到主流的GCC、LLVM等編譯系統(tǒng)，到Linux與各種RTOS操作系統(tǒng)內(nèi)核，到Ubuntu、Debian等常見的操作系統(tǒng)發(fā)行版，以及容器Docker等應(yīng)用軟件等等。

目前，除了各種算法庫(kù)優(yōu)化支持、Android生態(tài)以及服務(wù)器生態(tài)RISC-V還相對(duì)較弱外，其余的軟件生態(tài)基本可以滿足開發(fā)應(yīng)用的需要。RISC-V花了差不多5年的時(shí)間完成了ARM過(guò)去花了二十年積累的軟件生態(tài)（1990 - 2010），就連近期曾經(jīng)著名的CPU廠商MIPS公司也宣布放棄MIPS架構(gòu)轉(zhuǎn)而支持蓬勃發(fā)展的RISC-V架構(gòu)。

中國(guó)也在大力投資構(gòu)建RISC-V處理器的軟件生態(tài)，中科院軟件研究所宣布正專注于針對(duì)RISC-V處理器移植和優(yōu)化Linux發(fā)行版。需要我們注意的是，RISC-V留給中國(guó)的機(jī)會(huì)窗口時(shí)間并不長(zhǎng)，我們應(yīng)該集中力量加速RISC-V企業(yè)發(fā)展。

04 Chiplet，后摩爾時(shí)代理想解決方案

長(zhǎng)期以來(lái)，芯片算力和效益的提升在摩爾定律的指導(dǎo)下是通過(guò)砸錢就能實(shí)現(xiàn)的。但如今隨著摩爾定律的效率下降，芯片算力和效益對(duì)應(yīng)的成本開始快速增長(zhǎng)。

一方面，隨著先進(jìn)制程的發(fā)展，芯片的設(shè)計(jì)成本、復(fù)雜度大幅提升；另一方面，隨著整個(gè)社會(huì)數(shù)字化、智能化程度的提升，大數(shù)據(jù)、消費(fèi)電子、自動(dòng)駕駛等需求正日趨多樣，芯片創(chuàng)新周期不斷壓縮，市場(chǎng)對(duì)定制化芯片的需求也在大幅提升。在先進(jìn)制程不斷升級(jí)，摩爾定律愈發(fā)難以為繼的背景下，Chiplet宛如一場(chǎng)“及時(shí)雨”。

相較于以往的常規(guī)工藝，Chiplet主要帶來(lái)兩方面的改變：

• 一個(gè)是解決內(nèi)存帶寬跟不上處理器速度提升的問(wèn)題，即“內(nèi)存墻”問(wèn)題

• 另一個(gè)則是提高良率?；?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E6%99%B6%E5%9C%86/">晶圓級(jí)的先進(jìn)封裝走線密度短，信號(hào)傳輸速率有很大提升空間，還能大大提高互連密度

總結(jié)一句話就是：將大的SoC芯片切分成多個(gè)小芯片，甚至芯粒（Chiplet），然后使用先進(jìn)的封裝技術(shù)將它們連接在一起。

什么是 Chiplet 工藝？

Chiplet 俗稱芯粒，又名小芯片組。它是將一類滿足特定功能的 die，通過(guò) die-to-die內(nèi)部互聯(lián)技術(shù)實(shí)現(xiàn)多個(gè)模塊芯片與底層基礎(chǔ)芯片封裝在一起，進(jìn)而形成一個(gè)系統(tǒng)芯片。Chiplet 工藝的出現(xiàn)，延緩了摩爾定律失效、放緩工藝進(jìn)程時(shí)間，是后摩爾時(shí)代芯片性能升級(jí)的理想解決方案。

Chiplet 是后摩爾時(shí)代提高集成度和芯片算力的重要途徑

目前，市面上主流技術(shù)為 SoC是將多個(gè)負(fù)責(zé)不同功能的電路塊通過(guò)光刻的形式，制作到同一片芯片 die 上，主要集成了 CPU、GPU、DSP、ISP 等不同功能的計(jì)算單元和諸多的接口 IP，對(duì)先進(jìn)的納米工藝存在較高依賴。

相比SoC，Chiplet最核心的優(yōu)勢(shì)在于成本，包括制造成本與設(shè)計(jì)成本：

首先，在巨大算力需求下，芯片晶體管數(shù)量暴增，芯片面積也不斷擴(kuò)大。Chiplet設(shè)計(jì)把大芯片分成面積更小的芯片，從而有效改善良率，減少不良率導(dǎo)致的成本增加

其次，SoC芯片的邏輯計(jì)算單元依賴先進(jìn)制程來(lái)提高性能，其他部分通?？墒褂贸杀靖偷某墒熘瞥?，SoC芯片Chiplet化之后，不同芯粒可以根據(jù)需要來(lái)選擇合適的工藝制程分開制造，再通過(guò)先進(jìn)封裝技術(shù)進(jìn)行組裝，從而有效降低制造成本

Chiplet 技術(shù)是 SoC 集成發(fā)展到后摩爾時(shí)代后，持續(xù)提高集成度和芯片算力的重要途徑。與傳統(tǒng) SoC 對(duì)比來(lái)看，Chiplet 在功耗、上市周期以及成本等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，能夠有效解決納米工藝物理極限所帶來(lái)的限制。

05 Chiplet引領(lǐng)封裝行業(yè)新機(jī)遇

近年來(lái)芯片性能的提升主要是在芯片級(jí)。為了應(yīng)對(duì)先進(jìn)制程遇到的問(wèn)題，產(chǎn)業(yè)界希望從單純依靠縮小晶體管特征尺寸來(lái)提高集成度的傳統(tǒng)方式，轉(zhuǎn)變到通過(guò)成本相對(duì)可控的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)，達(dá)到和晶體管特征尺寸繼續(xù)縮小相近的系統(tǒng)級(jí)性能。這便是Chiplet、2.5/3D先進(jìn)封裝等技術(shù)。

堅(jiān)持Chiplet、先進(jìn)封裝的代表人物，便是人稱“蔣爸”的臺(tái)積電前COO蔣尚義；堅(jiān)持先進(jìn)制程的，則是現(xiàn)任中芯國(guó)際聯(lián)合首席執(zhí)行官的梁孟松。

蔣尚義在“萬(wàn)字自述”中，講述了他看好先進(jìn)封裝的原因，“圖形芯片巨頭英偉達(dá)是我們客戶，他們之前有一個(gè)GPU搭配8個(gè)DRAM。你需要在GPU和DRAM之間來(lái)回發(fā)送很多信號(hào)。如果你看一下這個(gè)GPU和DRAM，它們之間的差距是如此之大。為什么它們隔得那么遠(yuǎn)？因?yàn)榻饘倬€很寬。如果離得太近，你無(wú)法把所有這些金屬線相連。正因?yàn)槿绱耍藗冊(cè)敢飧冻龃蠹s30%的速度和大約60%的功耗去驅(qū)動(dòng)（driving）這些線。”蔣尚義舉例稱。他同時(shí)表示，如果用硅片代替一塊PCB，就可以將GPU和DRAM并排放置，這樣其性能就會(huì)很像在同一個(gè)硅片上一樣。

功能、連接、堆疊的多樣化是先進(jìn)封裝的發(fā)展方向，Bumping、TSV、RDL、Interposer等連接與延展技術(shù)作為支撐，而封裝形態(tài)向2.5D/3D、多裸晶/異質(zhì)集成演變，是實(shí)現(xiàn)Chiplet的重要支撐。

2022年3月，Chiplet 高速互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)——UCLE（Universal Chiplet Interconnect Express）正式推出。該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)旨在芯片封裝層面建立全球統(tǒng)一的互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而打造開放的 Chiplet 生態(tài)系統(tǒng)，共同執(zhí)行 Chiplet 規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)。

UCLE 將為 Chiplet 制定多種先進(jìn)封裝技術(shù)，其中包括了由 Intel 主導(dǎo)的 EMIB 和臺(tái)積電主導(dǎo)的 CoWoS 兩項(xiàng) 2.5D封裝技術(shù)。截止目前，國(guó)內(nèi)包括芯原股份、摩爾精英、芯動(dòng)科技、阿里巴巴等在內(nèi)的眾多廠商已陸續(xù)加入到 UCLE 聯(lián)盟當(dāng)中，直接受益于相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。隨著國(guó)內(nèi)廠商積極融入 UCLE 生態(tài)體系，將有望在 Chiplet 工藝領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)新的突破。

目前可應(yīng)用于Chiplet的封裝解決方案主要是SIP、2.5D和3D封裝。2.5D更接近兩層小洋房，3D則是大廈的形態(tài)，空間利用效率更高。

2.5D封裝技術(shù)發(fā)展已經(jīng)非常成熟，并且已廣泛應(yīng)用于FPGA、CPU、GPU等芯片當(dāng)中

3D封裝技術(shù)難度更高，目前由英特爾和臺(tái)積電掌握并商用

對(duì)于產(chǎn)業(yè)鏈而言，目前2.5D的Chiplet實(shí)現(xiàn)方式主要利好封裝企業(yè)：

• 如過(guò)去給AMD封裝的通富微電（002156.SZ），價(jià)值量相比傳統(tǒng)封裝翻倍，毛利率也更高

• 其次是載板企業(yè)，如興森科技（002436.SZ），目前Chiplet的2.5D工藝成品芯片面積較大、片上通信要求較高，對(duì)于載板的層數(shù)、面積需求增加，興森的ABF載板產(chǎn)線后續(xù)能得到比較大的訂單支持

• 然后是封測(cè)設(shè)備公司，如華峰測(cè)控（688200.SH）等

隨著底層封裝技術(shù)不斷突破，預(yù)計(jì) 2035 年全球 Chiplet 芯片市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到 570億美元。目前，支持 Chiplet 的底層封裝技術(shù)已由 2D 技術(shù)逐步發(fā)展至 3D 技術(shù)，經(jīng)濟(jì)效益、整體性能等方面均獲得了明顯提升。

根據(jù) Omdia 數(shù)據(jù)顯示，2024 年全球 Chiplet 芯片市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 58 億元，2035年全球市場(chǎng)規(guī)模有望突破 570 億美元。參考 2018 年的 6.45 億美元，2018-2035 年 CAGR高達(dá) 30.16%。

在“摩爾定律”日趨放緩的背景下，Chiplet 工藝有望成為芯片廠商未來(lái)較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)的主要依賴手段，同時(shí)隨著支持 Chiplet 的底層封裝技術(shù)不斷突破和普及，將進(jìn)一步支撐其未來(lái)成長(zhǎng)。

06 寫在最后

IP 架構(gòu)方面：

雖然在多個(gè)廠商的推動(dòng)下，RISC-V取得了長(zhǎng)足發(fā)展。但從過(guò)往的歷史看來(lái)，任何一款架構(gòu)的普及都需要時(shí)間。

如PC時(shí)代的x86架構(gòu)統(tǒng)治了指令集架構(gòu)市場(chǎng)幾十年，后PC時(shí)代才迎來(lái)Arm架構(gòu)的崛起，Arm也用了幾十年，才走上了巔峰。換而言之，計(jì)算負(fù)載的變遷需要經(jīng)過(guò)一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的生命周期。也就是說(shuō)我們現(xiàn)在雖然已經(jīng)進(jìn)入了萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代，給RISC-V創(chuàng)造了機(jī)會(huì)，但這個(gè)新興指令集來(lái)說(shuō)，也只是邁出了第一步。

Chiplet工藝方面：

對(duì)Chiplet而言，有一個(gè)不容忽視的關(guān)鍵點(diǎn)，即它的出現(xiàn)源自先進(jìn)制程的發(fā)展遭遇瓶頸。相較不計(jì)成本地探索新工藝、新材料，Chiplet打開了一種新的思路，它不僅能降低芯片的開發(fā)成本，還能更好地把控良率。

Chiplet由多個(gè)芯片異構(gòu)集成，每個(gè)芯片只需使用最合適的工藝節(jié)點(diǎn)，而非所有芯片都使用最先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)，這就能更有效地利用國(guó)內(nèi)已有的晶圓廠產(chǎn)線，降低先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)封鎖帶來(lái)的阻力，為國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)的側(cè)面突圍提供了一個(gè)非常好的機(jī)遇。

Chiplet是一個(gè)方向，而非具體的技術(shù)，它可以使用多種封裝技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)而言，在先進(jìn)制程發(fā)展受限的情況下，Chiplet帶來(lái)的最大意義在于以時(shí)間換空間。對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)，發(fā)展Chiplet的好處有很多。從底層邏輯上講，是在性能、制造成本、時(shí)間成本之間找平衡。

筆者堅(jiān)信，隨著基于RISC-V架構(gòu) IP 的推廣以及在Chiplet工藝突破，中國(guó)芯片迎來(lái)發(fā)展的黃金十年，定會(huì)走出一條自己的破局之路。