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隨著工藝迭代至 7nm、5nm、3nm 及以下，先進(jìn)制程的研發(fā)成本及難度提升，Chiplet走進(jìn)了半導(dǎo)體巨頭們的視野。

近日，中國出現(xiàn)了首個(gè)原生Chiplet技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。由中國集成電路領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)和專家共同主導(dǎo)制定的《小芯片接口總線技術(shù)要求》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)正式通過工信部中國電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會(huì)的審定并發(fā)布。

面對(duì)Chiplet的發(fā)展潮流，中國正在積極加入。

01 Chiplet標(biāo)準(zhǔn) 

Chiplet火熱的背后還是因?yàn)樾酒杀驹絹碓礁摺Ｓ捎诰w管微縮帶來的半導(dǎo)體價(jià)格越來越昂貴，業(yè)內(nèi)希望能夠找到一個(gè)成本更低的方法推動(dòng)芯片能效比的提升。

Chiplet的概念提出很早，但直到2018年，AMD將CPU、GPU等部件分成更小的組件組合成SoC時(shí)，Chiplet自此正式應(yīng)用在商業(yè)化產(chǎn)品中。這顆由7nm和14nm打造的Chiplet芯片，與完全由7nm打造的芯片相比成本大約降低了50%。

Chiplet開始走入了業(yè)內(nèi)的視野中。如果Chiplet想要實(shí)現(xiàn)更大范圍內(nèi)的應(yīng)用，就需要混合來自多家芯片廠商或多個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)的裸片，這就可能涉及到多家各種功能芯片的設(shè)計(jì)、互連、接口，因此如何界定這些裸片的互聯(lián)協(xié)議和接口標(biāo)準(zhǔn)就成了關(guān)鍵問題。

在2020年，英特爾初次加入美國CHIP聯(lián)盟后就曾免費(fèi)提供AIB互連總線接口許可以支持 Chiplet 生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)。當(dāng)時(shí)媒體報(bào)道稱，英特爾慷慨地向 CHIPS 聯(lián)盟貢獻(xiàn)了自家的高級(jí)接口總線，以便開發(fā)者輕松訪問、并實(shí)現(xiàn)與各款兼容芯片的互操作。不過其他廠商由于顧慮該接口許可需要使用英特爾自家的先進(jìn)封裝技術(shù) EMIB，所以最后該標(biāo)準(zhǔn)沒有普及使用。

英特爾并沒放棄，在今年三月，再次牽頭發(fā)起一項(xiàng)Chiplet新標(biāo)準(zhǔn)也即UCIe。UCIe聯(lián)盟的初始成員名單囊括了全球最頂級(jí)的芯片制造商英特爾、臺(tái)積電、三星，最大芯片封測商日月光，以及AMD、Arm、高通等x86和Arm生態(tài)中實(shí)力領(lǐng)先的芯片設(shè)計(jì)企業(yè)。

英特爾如此熱情的背后有兩點(diǎn)原因。第一，Chiplet即將成為大勢所趨。臺(tái)積電總裁魏哲家在財(cái)報(bào)會(huì)議上也曾表示：“對(duì)于包括SoIC、CoWoS等先進(jìn)封裝技術(shù)，臺(tái)積電觀察到Chiplet正成為一種行業(yè)趨勢。”正是這個(gè)趨勢，也讓這些昔日在某些領(lǐng)域相互競爭的對(duì)手們，能夠手挽手。

第二，英特爾希望能夠維護(hù)和豐富其生態(tài)系統(tǒng)的完整性。UCIe標(biāo)準(zhǔn)明確提出支持CXL和PCIe協(xié)議，而這兩個(gè)互連協(xié)議均由英特爾提出和創(chuàng)建。例如，PCIe是x86系統(tǒng)主要的IO總線標(biāo)準(zhǔn)，所有IO設(shè)備必須支持PCIe才能和X86 CPU相連。由于目前很多加速器芯片的計(jì)算能力，已經(jīng)可以和主CPU相提并論，因此CXL在IO模式基礎(chǔ)上，又新增了CXL.mem和CXL.cache的模式，以適應(yīng)技術(shù)形勢的發(fā)展。

UCIe聯(lián)盟提出的風(fēng)風(fēng)火火，中國也有許多企業(yè)積極加入，包括長電科技、阿里、芯原科技等。然而，“標(biāo)準(zhǔn)有國界”的警鐘三年前就敲響過。2019年5月，美國商務(wù)部宣布將華為列入實(shí)體清單，隨后PCIe組織PCI-SIG曾短暫地停掉華為的會(huì)員資格。Chiplet如此火熱，即便是已經(jīng)有了像UCIe這樣的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，我們同樣也需要準(zhǔn)備好自己的Plan B。

大勢所趨的Chiplet中國也在積極參與。

早在2020年8月，中科院計(jì)算所牽頭成立了中國計(jì)算機(jī)互連技術(shù)聯(lián)盟（CCITA），重點(diǎn)圍繞Chiplet小芯片和微電子芯片光I/O成立了2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工作組。

2021年6月在工信部中國電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會(huì)立項(xiàng)了《小芯片接口總線技術(shù)》《微電子芯片光互連接口技術(shù)》2項(xiàng)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。

今年12月，這兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)在第二屆中國互連技術(shù)與產(chǎn)業(yè)大會(huì)上正式對(duì)外發(fā)布，進(jìn)一步跟蹤前沿IT互連技術(shù)，結(jié)合我國技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀，制定和應(yīng)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)芯片內(nèi)、芯片間、系統(tǒng)間互連技術(shù)的協(xié)議規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

《小芯片接口總線技術(shù)要求》 這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)描述了CPU、GPU、人工智能芯片、網(wǎng)絡(luò)處理器和網(wǎng)絡(luò)交換芯片等應(yīng)用場景的小芯片接口總線（Chiplet）技術(shù)要求，包括總體概述、接口要求、鏈路層、適配層、物理層和封裝要求等，以靈活應(yīng)對(duì)不同的應(yīng)用場景、適配不同能力的技術(shù)供應(yīng)商，通過對(duì)鏈路層、適配層、物理層的詳細(xì)定義，實(shí)現(xiàn)在小芯片之間的互連互通，并兼顧了PCIe等現(xiàn)有協(xié)議的支持，列出了對(duì)封裝方式的要求。

中國計(jì)算機(jī)互連技術(shù)聯(lián)盟（CCITA）秘書長，中國小芯片標(biāo)準(zhǔn)的主要發(fā)起人和起草人郝沁汾，在談到中國發(fā)布的小芯片相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)指出：中國的小芯片標(biāo)準(zhǔn)是開放的，從標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議到參考實(shí)現(xiàn)都是開放的，實(shí)現(xiàn)參考設(shè)計(jì)所需的技術(shù)細(xì)節(jié)，我們都可以在標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中找得到。我們將圍繞這樣一套原生的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步完善標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，開發(fā)相應(yīng)的參考設(shè)計(jì)，并孵化相應(yīng)的企業(yè)，以推動(dòng)我國集成電路行業(yè)圍繞Chiplet技術(shù)形成更加廣泛的社會(huì)分工。同時(shí)CCITA已經(jīng)在考慮和Intel UCIe在物理層上兼容，以降低IP廠商支持多種Chiplet標(biāo)準(zhǔn)的成本。

02 Chiplet在中國火熱發(fā)展

中國發(fā)展Chiplet的理由有很多，除了同國際一樣面對(duì)摩爾定律的困擾外，更重要的一點(diǎn)是中國需要“自主”。國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)的很大挑戰(zhàn)來自“封鎖”，因?yàn)榉N種原因，我們很想象以前一樣方便的獲取到先進(jìn)制程代工，因此我們同樣在在單位硅片面積上增加晶體管數(shù)量有困難，只有轉(zhuǎn)而追求在單個(gè)封裝內(nèi)部晶體管數(shù)還等持續(xù)提升。

華為原輪值董事長郭平就曾在2021年年報(bào)發(fā)布會(huì)上提及，在先進(jìn)工藝不可獲得、單點(diǎn)技術(shù)遇到困難的情況下，華為在積極尋找系統(tǒng)的突破。華為常務(wù)董事汪濤后來也進(jìn)一步明確，華為已經(jīng)在2019年申請(qǐng)了基于芯片3D堆疊、3D封裝或稱之為chiplet技術(shù)方面的專利，來實(shí)現(xiàn)在制程相對(duì)可能不是那么領(lǐng)先的情況下做出領(lǐng)先的芯片或者系統(tǒng)。

當(dāng)我們傳統(tǒng)的方式被“卡”斷時(shí)，我們退而求其次走另一條技術(shù)的路線。盡管我們都在發(fā)展，但國內(nèi)發(fā)展Chiplet的條件和國際頭部IC設(shè)計(jì)公司并不相同。

美國的Chiplet更多的集中在英特爾、AMD這類大公司，每家都有自己的Chiplet方案和架構(gòu)，擁有一個(gè)封閉的生態(tài)。但是中國每家芯片公司的規(guī)模并不大，沒有一家公司有實(shí)力把整個(gè)Chiplet生態(tài)給打造出來，所以中國Chiplet未來是很多公司一起參與，會(huì)形成產(chǎn)業(yè)鏈分工的一個(gè)狀態(tài)。

Chiplet的技術(shù)結(jié)構(gòu)可以分為三個(gè)層次：一是底層的工藝技術(shù)，即先進(jìn)封裝技術(shù)；二是構(gòu)成Chiplet的元器件、芯粒、IP以及其他如IO、供電、散熱以及相關(guān)的協(xié)議；三是新生態(tài)。通過這幾個(gè)層次的組合或融合，才能夠形成Chiplet的良好技術(shù)基礎(chǔ)或生態(tài)基礎(chǔ)。

目前國內(nèi)發(fā)展Chiplet的進(jìn)程中，先進(jìn)封裝方面，去年長電科技成立了設(shè)計(jì)服務(wù)事業(yè)部，協(xié)助和承接面向設(shè)計(jì)公司對(duì)Chiplet產(chǎn)品的新的設(shè)計(jì)要求。今年11月，公司向全資子公司長電科技管理有限公司增資至10億元，以加速長電科技上海創(chuàng)新中心驗(yàn)證線建設(shè)，進(jìn)一步強(qiáng)化公司在上海的先端技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)新技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)能力，加速實(shí)現(xiàn)chiplet產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同設(shè)計(jì)、供應(yīng)鏈聯(lián)合創(chuàng)新的能力。

IP方面，半導(dǎo)體IP供應(yīng)商芯原有望是業(yè)內(nèi)首批推出商用Chiplet的公司，近年來一直致力于Chiplet技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的推進(jìn)。基于“IP芯片化，IP as a Chiplet”和“芯片平臺(tái)化，Chiplet as a Platform”兩大設(shè)計(jì)理念，芯原推出了基于Chiplet架構(gòu)所設(shè)計(jì)的高端應(yīng)用處理器平臺(tái)，目前該平臺(tái)12nm SoC版本已完成流片和驗(yàn)證，正在進(jìn)行Chiplet版本的迭代。

在Chiplet領(lǐng)域已耕耘多年的芯動(dòng)科技，推出的首款高性能服務(wù)器級(jí)顯卡GPU“風(fēng)華1號(hào)”就使用了Innolink Chiplet技術(shù)，將不同功能不同工藝制造的Chiplet進(jìn)行模塊化封裝，成為一個(gè)異構(gòu)集成芯片。2022年4月，它又率先推出國產(chǎn)自主研發(fā)物理層兼容UCIe標(biāo)準(zhǔn)的IP解決方案——Innolink Chiplet。據(jù)悉，這是國內(nèi)首套跨工藝、跨封裝的Chiplet（芯粒）連接解決方案，且已在先進(jìn)工藝上量產(chǎn)驗(yàn)證成功。

03 Chiplet未來如何？

Chiplet的出現(xiàn)降低了創(chuàng)新的成本，從而極大加速了這些創(chuàng)新的發(fā)展，未來我們可能有越來越多，非常有特色的更好的芯片，并能用在不同的應(yīng)用里。

Chiplet一定是需要我們發(fā)展的，但Chiplet模式的發(fā)展還有很長的路要走，它既是一次技術(shù)升級(jí)，包括封裝測試技術(shù)、EDA工具、芯片架構(gòu)設(shè)計(jì)等，也可能帶來一次對(duì)傳統(tǒng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的重構(gòu)。

面對(duì)接下來的Chiplet在全球市場上的井噴式增長，中國半導(dǎo)體企業(yè)仍需努力，通力合作，站上后摩爾時(shí)代的大舞臺(tái)。

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