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2022年12月16日，中國首個原生Chiplet技術標準正式通過了工信部中國電子工業(yè)標準化技術協(xié)會的審定，并在第二屆中國互連技術與產(chǎn)業(yè)大會上發(fā)布。這是首個由中國集成電路領域相關企業(yè)與專家共同制定的《小芯片接口總線技術要求》團體標準，這對中國集成電路產(chǎn)業(yè)延續(xù)“摩爾定律”，突破先進制程工藝限制具有重要意義。
在此之前，國際上已由英特爾、AMD、臺積電等芯片公司聯(lián)合成立了Chiplet聯(lián)盟，并定制了UCIe1.0標準，計劃對原本各家自有的Chiplet技術進行規(guī)范，對接口和協(xié)議等方面形成統(tǒng)一公認的標準，以此推動Chiplet生態(tài)建設。
近些年，美國政府對中國半導體的制裁步步升級，中國半導體產(chǎn)業(yè)逐漸意識到，產(chǎn)業(yè)鏈上下游的任何一環(huán)，如果不能實現(xiàn)自主可控，都存在被制裁的風險，Plan B勢在必行。
因此，Chiplet作為后摩爾時代的熱門技術之一，即便是已經(jīng)有了像UCIe這樣的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，不少業(yè)內(nèi)人士依然認為我們需要一套屬于自己的Chiplet技術標準。同時，也有質(zhì)疑的聲音認為，未來的UCIe會重現(xiàn)PCIe的輝煌，成為行業(yè)標準并推動Chiplet成為主流，另起爐灶自建一套技術標準意義不大。
火熱的Chiplet，平衡性能與成本的“靈丹妙藥”
對Chiplet標準討論的火熱，主要源于在晶體管微縮的實現(xiàn)越來越昂貴的今天，人類依然希望找到成本更低的方法推動芯片能效比的提升，Chiplet就能滿足這一要求。
根據(jù)長江證券的研報給出的解釋，所謂的Chiplet，是一種可平衡計算性能與成本，提高設計靈活度，且提升IP模塊經(jīng)濟性與復用性的新技術之一，本質(zhì)上是IP核芯片化的小芯粒，將SoC分解為單獨的、預先在工藝線上生產(chǎn)好的、實現(xiàn)特定功能的芯片裸片，再將這些模塊化的小芯粒互連起來，并通過2.5D或3D的技術封裝在一起，從而形成一顆異構集成系統(tǒng)級芯片。
具體而言，目前主流的系統(tǒng)級單芯片SoC是將多個負責不同類型計算任務的計算單元，通過光刻的形式制造到同一塊晶圓上，Chiplet則是可以將不同的核心選擇合適的工藝分開制造，再用先進封裝技術封裝，不需要全部都采用先進制程在同一塊晶圓上進行一體化制造。
主流的系統(tǒng)級單芯片SoC雖然方便，但隨著制程的提升，良率降低，晶圓面積有效利用率下降，成本降低等問題愈發(fā)明顯，正如上文中所解釋的那樣，Chiplet技術的出現(xiàn)正好可以解決這些問題。
另一方面，Chiplet將SoC模塊化之后，可以減少重復的設計和驗證環(huán)節(jié)，提高產(chǎn)品的迭代速度，與更加追求效率的后摩爾時代調(diào)性相同。
值得注意的是，因為Chiplet技術強調(diào)將模塊化的小芯粒互連，因此容易同“先進封裝”概念混淆。英特爾中國研究院院長宋繼強博士曾在一次活動上對這兩個概念進行區(qū)分，表示先進封裝和Chiplet的概念并不等同，先進封裝是將不同的芯片很好地封裝在一個更大的芯片中，是集成制造技術，而Chiplet更多則是對芯片架構或系統(tǒng)架構的設計理念。
“多芯片封裝集成中未必需要Chiplet的設計，但想要實現(xiàn)Chiplet，則一定需要用到先進封裝?！彼卫^強解釋道。
這些Chiplet的內(nèi)涵，其實在業(yè)界早已有所體現(xiàn)，例如，F(xiàn)abless廠商AMD比擁有晶圓廠的英特爾更早發(fā)揮Chiplet技術的功效。2019年，AMD發(fā)布的Ryzen3000系列中部署了基于Chiplet技術的Zen 2 內(nèi)核，以較高的性價比快速分食英特爾在PC領域的市占率。
基于這一邏輯，在Chiplet領域，AMD與英特爾之間的關系類似當下的中美關系，基于先進制程的芯片制造一直是大陸的短板，因此某種程度上，中國更應該重視Chiplet的發(fā)展。
“但盲目夸大Chiplet的作用也是不對的，只是Chiplet設計方式加上成熟工藝在某些場景下小于或等同于先進工藝的作用，Chiplet并不能替代以光刻機的演進為主要方向的傳統(tǒng)集成電路技術路線?！敝袊嬎銠C互連技術聯(lián)盟CCITA郝沁汾說道。
中國Chiplet技術標準，與UCIe并不沖突
盡管真實的Chiplet技術并不能“萬能”到緩解我國在光刻機等制造設備上“卡脖子”的困境，但其平衡性能與成本的作用已經(jīng)被多家國際芯片大廠驗證，有進一步發(fā)展的必要性。
不過Chiplet作為一種互連技術，能否進一步向前發(fā)展，取決于業(yè)內(nèi)能否出現(xiàn)一種將不同芯片模型連接起來的標準接口。
因此在今年3月份，全球知名芯片制造商英特爾、臺積電、三星聯(lián)手芯片封測龍頭日月光，攜AMD、Arm、高通、谷歌、微軟、Meta等科技行業(yè)巨頭推出了一個全新的通用芯片互連標準：通用小芯片快連（UCle）。旨在為小芯片互連定制一個新的開放標準，簡化相關流程，并提高來自不同制造商的小芯片之間的互操作性。這一標準之下，芯片制造商可以在合適的情況下混合構建芯片。
標準發(fā)布之后，除了國際巨頭的身影，芯原股份、燦芯半導體、芯來科技、牛芯等諸多國內(nèi)芯片廠商也紛紛宣布加入UCIe產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。
積極擁抱國際標準作為Plan A，定制屬于自己的標準是Plan B。
事實上，早在2020年8月，中科院計算所牽頭成立了中國計算機互連技術聯(lián)盟（CCITA），重點圍繞Chiplet小芯片和微電子芯片光I/O成立了2個標準工作組，并于2021年6月在工信部中國電子工業(yè)標準化技術協(xié)會立項了《小芯片接口總線技術》《微電子芯片光互連接口技術》2項團體標準。小芯片接口標準制定，目前集結了國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈上下游六十多家單位共同參與研究。
上周五，中國自建的Chiplet技術標準（《小芯片接口總線技術要求》 ）正式發(fā)布，這項標準描述了CPU、GPU、人工智能芯片、網(wǎng)絡處理器和網(wǎng)絡交換芯片等應用場景的小芯片接口總線（Chiplet）技術要求，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，以靈活應對不同的應用場景、適配不同能力的技術供應商，通過對鏈路層、適配層、物理層的詳細定義，實現(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，列出了對封裝方式的要求。
小芯片設計不但可以使用國際先進封裝方式，比如CoWoS，也可以充分利用國內(nèi)封裝技術積累，實現(xiàn)一種或者幾種成本低廉、重點針對 Chiplet芯片架構、可以覆蓋80%以上應用場景的先進封裝手段。
郝沁汾作為中國小芯片標準的主要發(fā)起人和起草人，他在談到中國發(fā)布的小芯片相關技術標準時指出：中國的小芯片標準是開放的，從標準的協(xié)議到參考實現(xiàn)都是開放的，實現(xiàn)參考設計所需的技術細節(jié)，我們都可以在標準協(xié)議中找得到。我們將圍繞這樣一套原生的技術標準，進一步完善標準內(nèi)容，開發(fā)相應的參考設計，并孵化相應的企業(yè)，以推動我國集成電路行業(yè)圍繞Chiplet技術形成更加廣泛的社會分工。
至于中國小芯片標準與UCIe的關系，郝沁汾表示，中國小芯片標準更偏重本土化的需求，與UCIe并不是競爭關系，目前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標準的成本。（雷峰網(wǎng)(公眾號：雷峰網(wǎng))）
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