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拼接芯片似乎已經(jīng)成為芯片圈的新時尚

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蘋果3月的春季新產(chǎn)品發(fā)布會發(fā)布了兩件M1 Max芯片粘合而成M1 Ultra，超越自稱性能Intel頂級CPU i9-12900K和GPU性能天花板NVIDIA RTX 3090。

NVIDIA也在3月的GTC上公布用兩塊CPU"粘合而成Grace CPU超級芯片的預(yù)期性能是尚未發(fā)布的第五代頂級芯片CPU的2到3倍。

更早之前，AMD在其EYPC系列CPU中，也用過"黏合"這一步將芯片設(shè)計成本降低一半。

自己芯片的粘合似乎不是問題，那么能否從全球市場選擇性能最好的芯片粘合在一起，創(chuàng)造更強(qiáng)大的芯片呢？

幾周前，芯片可以互連"萬能膠"出現(xiàn)了，Intel、AMD、臺積電等芯片公司聯(lián)合成立小芯片互聯(lián)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，定制UCIe 1.0（Universal Chiplet Interconnect Express）標(biāo)準(zhǔn)。

多年以來，AMD、Intel、臺積電、Marvell例如，芯片公司推出了一些類似小芯片的設(shè)計，Intel稱之為Foveros小芯片法推出了3D封裝的CPU平臺，封裝方式為10nm處理器內(nèi)核和4個22nm集成處理器內(nèi)核封裝；臺積電也在開發(fā)一種稱為集成芯片系統(tǒng)的方法（SoIC）的技術(shù)。

在這些技術(shù)中，裸片對裸片的連接至關(guān)重要，即一個裸片和另一個裸片需要連接"黏合"在一起，每個裸片都包含一個物理界面IP公共接口模塊可以連接兩個裸片。

在Chiplet在初步探索中，許多公司開發(fā)了具有專有接口的互連，實(shí)現(xiàn)了自己芯片模型之間的互連。

由于Chiplet最終目標(biāo)是在內(nèi)部或多個芯片供應(yīng)商中獲得高質(zhì)量、可互操作的芯片模塊，因此Chiplet進(jìn)一步發(fā)展取決于行業(yè)內(nèi)是否有標(biāo)準(zhǔn)接口可以連接不同的芯片模型，即可以粘合各種芯片模塊的芯片"萬能膠"。

萬能膠今年3月初UCIe芯片膠時代終于迎來了新的起點(diǎn)。

"各行業(yè)開放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施將導(dǎo)致該行業(yè)的爆發(fā)，遵循該行業(yè)的發(fā)展規(guī)律，UCIe對Chiplet發(fā)展意義重大，是的Chiplet時代到來的重要標(biāo)志。"華封科技創(chuàng)始人王宏波告訴雷峰網(wǎng)(微信官方賬號:雷峰網(wǎng))。

"Chiplet它已經(jīng)在這個行業(yè)推廣了很多年，一直在進(jìn)產(chǎn)業(yè)化，很大一部分原因是等待標(biāo)準(zhǔn)的建立。如果你選擇了錯誤的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果就不會得到市場的認(rèn)可，這將浪費(fèi)大量的精力。"芯原股份創(chuàng)始人、董事長兼總裁戴偉民表示。

不過，在UCIe在確立之前，業(yè)內(nèi)有各種接口類型，"萬能膠"是否意味著那些曾經(jīng)出現(xiàn)過的人？Chiplet探索過該領(lǐng)域的芯片公司之前的努力都白費(fèi)了？

王宏波認(rèn)為，Chiplet這意味著通過先進(jìn)的包裝連接不同的芯片模塊。"在Chiplet在發(fā)展的早期階段，每個家庭都會根據(jù)自己的產(chǎn)品需求Chiplet進(jìn)行獨(dú)立投資和研究，在某些方面取得技術(shù)突破，然后聚集成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這是一個正常的發(fā)展過程。"

晶方科技副總經(jīng)理劉宏軍認(rèn)為，UCIe標(biāo)準(zhǔn)的制定肯定會使用一些已經(jīng)定義和熟悉的協(xié)議，但也有一些新的標(biāo)準(zhǔn)和包裝集成方法需要重新定義，以實(shí)現(xiàn)更好的可操作性。UCIe小芯片互聯(lián)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化不是推翻行業(yè)之前的工作。"

要理解UCIe對Chiplet時代即將產(chǎn)生的積極作用可以相同PCIe甚至可以在協(xié)議層進(jìn)行類比UCIe理解為PCIe擴(kuò)展縮微互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

"之前的PCIe解決了計算機(jī)系統(tǒng)及周邊設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸問題，UCIe解決了小芯片和小芯片的數(shù)據(jù)傳輸問題。如果沒有統(tǒng)一的電氣信號標(biāo)準(zhǔn)，許多企業(yè)將不會共同完成系統(tǒng)集成的生態(tài)合作。如果沒有合作，就會進(jìn)入該局Chiplet單個企業(yè)很難完成產(chǎn)業(yè)發(fā)展所需的生態(tài)建設(shè)。"劉宏鈞說。

王宏波也表達(dá)了同樣的觀點(diǎn)，"PC時代，Intel主導(dǎo)建立的x86系統(tǒng)有一系列標(biāo)準(zhǔn)，如：PCIe標(biāo)準(zhǔn)可以使其他家庭的產(chǎn)品相同Intel的CPU分工協(xié)作，x86系統(tǒng)的一系列標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建了整個系統(tǒng)PC時代的硬件系統(tǒng)，到了Chiplet時代，其實(shí)是將軍PC時代建立生態(tài)系統(tǒng)的邏輯縮小復(fù)制到芯片中，Chiplet作為芯片組合，也需要依靠UCIe該標(biāo)準(zhǔn)方便地將不同公司的芯片設(shè)計與芯片結(jié)合起來，建立生態(tài)系統(tǒng)，促進(jìn)整個行業(yè)的發(fā)展。"

不過，PCIe經(jīng)過十多年的發(fā)展才成為主流，UCIe1.0的出現(xiàn)只是Chiplet時代真正到來的起點(diǎn)，距離Chiplet真正成為主流還有很長的路要走。即使像強(qiáng)大一樣強(qiáng)大。Intel，實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)也需要花費(fèi)大量的時間和精力。

工藝成為第一難，沒有人愿意承擔(dān)工程費(fèi)用

"事實(shí)上Chiplet最大的困難不是協(xié)議的制定，而是產(chǎn)品定義和制造環(huán)節(jié)。統(tǒng)一協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)是降低研發(fā)成本，加快市場應(yīng)用。"風(fēng)險投資總監(jiān)劉凌濤告訴雷峰。

劉宏鈞持同樣的觀點(diǎn)，他認(rèn)為雖然UCIe統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的建立為行業(yè)指明了方向，但具體物理層指標(biāo)帶來的工藝能力要求和大規(guī)模制造環(huán)節(jié)仍存在諸多挑戰(zhàn)，如包裝體內(nèi)多層材料的堆疊，從硅間堆疊到硅、有機(jī)材料、金屬等材料。

"連接這些材料需要小的引線和線寬，復(fù)雜性高，良率受工藝影響大，成本高。"劉宏鈞說。

以Intel的EMIB為例，從Intel在發(fā)表的公開論文中可以發(fā)現(xiàn)，EMIB工藝實(shí)現(xiàn)面臨許多問題，需要材料和工藝的開發(fā)。硅橋的設(shè)計需要由了解材料、包裝、工藝和信號完整性的高級工程師共同實(shí)現(xiàn)。

此外，除蘋果外，還需要改進(jìn)晶圓制造材料和設(shè)備的時間和成本Intel除部芯片公司以外無法承受的。

不僅如此，即使有，UCIe該芯片萬能膠，"Chiplet在哪里"也很難解決問題。

"UCIe之后，Chiplet面臨的是Chiplet誰先邁出供應(yīng)商和應(yīng)用商的第一步？這也是一個'雞與蛋&問題。Chiplet供應(yīng)商更關(guān)心的是Chiplet一次性工程費(fèi)用（NRE）誰來承擔(dān)，應(yīng)用程序員擔(dān)心是否有足夠的錢Chiplet可應(yīng)用，還有Chiplet何時可以首先驗證產(chǎn)品的性價比。"戴偉民說。

正因為如此，即使有了UCIe每個人都很容易停留在觀望階段，等待第一個吃螃蟹的人出現(xiàn)。"芯原正在有意使用Chiplet企業(yè)積極溝通，努力探索潛在客戶'眾籌'Chiplet有望盡快打破僵局。"戴偉民補(bǔ)充道。

延續(xù)摩爾定律，萬能膠芯片不是萬能的

芯片萬能膠普及的關(guān)鍵在于能否延續(xù)摩爾定律對芯片公司更有價值。

從產(chǎn)業(yè)鏈的角度來看，一方面，Chiplet作為半導(dǎo)體行業(yè)的技術(shù)趨勢，芯片公司需要在自己的位置上做最好的工作，通過分工減少合作Chiplet芯片與市場需求的時間和周期相匹配，因此芯片公司之間的連接將更加緊密。另一方面，芯片通用膠似乎正在重寫芯片公司或芯片產(chǎn)品的評價系統(tǒng)或維度。

"長期以來，最先進(jìn)的前晶圓工藝節(jié)點(diǎn)往往是芯片最佳性能的象征，最先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)往往引領(lǐng)芯片性能的發(fā)展趨勢。Chiplet在時代，多芯片異構(gòu)系統(tǒng)集成可能取代單個先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)的競爭力，異構(gòu)集成能力逐漸成為評價芯片設(shè)計或制造公司的新公司MoSys代理標(biāo)準(zhǔn)。"劉宏鈞補(bǔ)充道。

"正因為如此，Intel主導(dǎo)參與了UCIe為了圍繞標(biāo)準(zhǔn)建立一個標(biāo)準(zhǔn)Chiplet對于技術(shù)的生態(tài)系統(tǒng)IDM2.戰(zhàn)略升級至關(guān)重要。"

值得一提的是，當(dāng)先進(jìn)工藝削弱芯片性能提升的重要性時，有利于中國大陸芯片產(chǎn)業(yè)在晶圓制造領(lǐng)域的發(fā)展，尤其是中國大陸在先進(jìn)封測領(lǐng)域，Chiplet時代有望占據(jù)一定的優(yōu)勢。

"與先進(jìn)制造相比，中國與國際先進(jìn)水平在先進(jìn)包裝方面差距不大，Chiplet有利于我國芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。"戴偉民說。

盡管從成本優(yōu)勢的角度來看AMD、Intel多芯片明多芯片架構(gòu)具有一定的經(jīng)濟(jì)性，但事實(shí)上，與微晶體管相比，芯片通用膠并不總是帶來最大的成本優(yōu)勢。

清華大學(xué)交叉學(xué)院博士研究生馮寅瀟和清華大學(xué)交叉學(xué)院助理教授馬愷聲發(fā)表了一篇文章Chiplet通過建立成本計算論文Chiplet精算師的成本模型準(zhǔn)確評估了多芯片集成系統(tǒng)的成本效益。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段Chiplets方案只有在800平方毫米的大芯片上才能真正盈利，工藝越先進(jìn)，盈利效果越明顯。nm當(dāng)產(chǎn)量達(dá)到2000萬時，多芯片架構(gòu)開始帶來回報。

戴偉民還表示，并非所有芯片都適合使用chiplet不要為了拆分而拆分。在許多情況下，單個集成系統(tǒng)芯片（SoC),如基于FD-SOI集成射頻無線連接功能的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)芯片更有價值。

平板電腦應(yīng)用處理猖獗，自動駕駛域處理器，數(shù)據(jù)中心應(yīng)用處理器將是Chiplet三個領(lǐng)域率先落地。也是解決方案chiplet雞和蛋問題的動力。

也就是說，雖然Chiplet有能力延續(xù)摩爾定律，但對于絕大多數(shù)不太先進(jìn)的芯片公司來說，沒有必要提前為芯片通用膠支付費(fèi)用。所以你可以理解為什么UCIe工業(yè)聯(lián)盟由幾家芯片巨頭共同建立。

但不可否認(rèn)的是，性能、功耗和面積的升級仍然是芯片行業(yè)發(fā)展的目標(biāo)。隨著越來越多的終端產(chǎn)品開始負(fù)擔(dān)得起更先進(jìn)的工藝，芯片通用膠的主流時代將不再遙遠(yuǎn)。

有一天，當(dāng)芯片通用膠的再利用能力達(dá)到一定水平時，就有能力完全戰(zhàn)勝晶體管集成。