01. 前言

12月14日上午，中國(guó)工程院、科睿唯安公司與高等教育出版社聯(lián)合在京發(fā)布《全球工程前沿2021》報(bào)告。工程科技創(chuàng)新是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)進(jìn)步的重要力量，是實(shí)現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展的重要保障。《全球工程前沿2021》報(bào)告圍繞機(jī)械與運(yùn)載工程、信息與電子工程、化工冶金與材料工程、能源與礦業(yè)工程、土木水利與建筑工程、環(huán)境與輕紡工程、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生、工程管理9個(gè)領(lǐng)域，遴選出年度工程研究前沿93項(xiàng)和工程開(kāi)發(fā)前沿93項(xiàng)，并對(duì)其中關(guān)鍵的28項(xiàng)工程研究前沿和28項(xiàng)工程開(kāi)發(fā)前沿從國(guó)家布局、合作態(tài)勢(shì)以及發(fā)展趨勢(shì)等角度進(jìn)行詳細(xì)剖析。

信息與電子工程領(lǐng)域工程開(kāi)發(fā)前沿的第一位，就是目前被廣泛關(guān)注的芯粒設(shè)計(jì)與芯片三維堆疊系統(tǒng)集成技術(shù)，也就是所謂的Chiplet技術(shù)。這說(shuō)明我們國(guó)家最高水平的工程技術(shù)領(lǐng)域的專家已經(jīng)注意到了這一技術(shù)的重要價(jià)值并予以了高度關(guān)注。但是在目前的國(guó)際形勢(shì)下，我國(guó)如何基于自身的現(xiàn)實(shí)條件，尋找到一條適合我國(guó)現(xiàn)實(shí)情況的Chiplet發(fā)展之路。進(jìn)而在一定程度上彌補(bǔ)我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)的短板，以另辟蹊徑的方式增強(qiáng)我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)抗風(fēng)險(xiǎn)能力。本文作者將根據(jù)自身的理解和研究經(jīng)歷，提出一些看法，歡迎各界朋友批評(píng)指正。

02. Chiplet——“延續(xù)”摩爾定律的重要技術(shù)途徑

Chiplet又被翻譯為芯粒或小芯片，為了不引起歧義本文直接使用Chiplet英文原文。到目前為止AMD、Intel、Nvidia等多家國(guó)際頭部IC設(shè)計(jì)企業(yè)都推出過(guò)基于Chiplet的產(chǎn)品，而目前又傳出蘋果準(zhǔn)備在下一代高端處理器中采用Chiplet技術(shù)。一時(shí)間Chiplet技術(shù)仿佛成為了流量明星，成為最近幾年來(lái)集成電路行業(yè)最熱的技術(shù)之一。而在國(guó)內(nèi)，Chiplet技術(shù)也是受到了各方關(guān)注。但遺憾的是，除了海思以外還缺乏有公司或者機(jī)構(gòu)真正采用Chiplet技術(shù)去做出商業(yè)級(jí)別的芯片。

那么各個(gè)頭部公司青睞Chiplet的原因是什么呢？這實(shí)際是“摩爾定律”發(fā)展趨緩，依靠傳統(tǒng)方法算力提升難度增加而探索出了一條技術(shù)途徑。

“摩爾定律”到底死沒(méi)死，是近10年來(lái)不斷被提起的一個(gè)話題。不斷有消息宣稱“摩爾定律”已死，但又不斷有專家出來(lái)辟謠說(shuō)“摩爾定律”還活著，還在不斷的延續(xù)。一時(shí)間仿佛“摩爾定律”化身為薛定諤的貓，處于“又生又死”的狀態(tài)。但其實(shí)我們仔細(xì)分析一下“活”，就可以發(fā)現(xiàn)“摩爾定律”確實(shí)還活著，只不過(guò)越來(lái)越不能“健康”的活著。如果拿人來(lái)做比喻的話，那么在45nm工藝制程之前的摩爾定律可以說(shuō)正值盛年，要想活下去注意身體、日常鍛煉就好。

而到了45nm節(jié)點(diǎn)時(shí)，過(guò)大的泄漏電流已經(jīng)讓微縮難以為繼，不得已英特爾將采用被稱為high-k的嶄新材料來(lái)制造晶體管閘極電介質(zhì)，而而晶體管閘極的電極也新的金屬材料組合。這就好像40多、50歲的人經(jīng)歷了針對(duì)某個(gè)器官的重大手術(shù)一樣，活是繼續(xù)能活下去，但這活的質(zhì)量已經(jīng)大不如前。

而在工藝制程演進(jìn)到28nm以下時(shí)，傳統(tǒng)的平面晶體管結(jié)構(gòu)完全不能支撐進(jìn)一步微縮，2011年以后以FinFET為代表的新型器件結(jié)構(gòu)全面崛起。至此以后工藝制程的微縮進(jìn)入了“舉步維艱”的時(shí)代，Intel公司由于其制程長(zhǎng)期被卡在14nm附近導(dǎo)致處理器性能提升緩慢（當(dāng)然，也不止這個(gè)原因）而被廣大網(wǎng)友戲稱為“牙膏廠”。即便是采用了FinFET技術(shù)也并沒(méi)有能夠?yàn)槟柖裳訅鄱嗑茫S著工藝制程進(jìn)入了10nm以下，一些如GAAFET這樣的新的器件結(jié)構(gòu)又將被應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)中。

圖1.近10年新型器件結(jié)構(gòu)的演變

這些新型器件的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致工藝復(fù)雜，各家實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線也各不相同。同樣是7nm制程的，臺(tái)積電和三星的采取的技術(shù)路線區(qū)別很大。其實(shí)發(fā)展到這一步，“摩爾定律”可以類比于一個(gè)已步入暮年的普通人，靠“打針吃藥”勉力維持著。雖然活著，但活得很艱難。活的很“貴”也活的很“脆弱”。

先來(lái)談貴的問(wèn)題。貴的原因是由于采用了大量新技術(shù)新工藝新結(jié)構(gòu)，這讓芯片制造的成本成倍增加。增加成本還不是最關(guān)鍵的，關(guān)鍵這樣的成本增加似乎是無(wú)止盡的。為維持晶體管的密度可以持續(xù)增加，現(xiàn)在每革新一代制程就需要大量的技術(shù)和工藝創(chuàng)新。這就是使得經(jīng)濟(jì)成本完全沒(méi)有辦法攤薄。

事實(shí)上從圖2就可以看出，在28nm以后，平攤到單個(gè)晶體管上的價(jià)格其實(shí)就沒(méi)有下降，反而在不斷的上升。這其實(shí)已經(jīng)在經(jīng)濟(jì)上宣告了摩爾定律的終結(jié)——我們確實(shí)還是可以買到包含了越來(lái)越多晶體管的芯片，但是那種等2年左右時(shí)間就可以用同樣的價(jià)格買到比原來(lái)多一倍晶體管芯片的“理想年代”已經(jīng)一去不返了。

圖2.不同制程下每百萬(wàn)門的造價(jià)

接下來(lái)說(shuō)“脆弱”的問(wèn)題，也就是晶體管的缺陷不斷增加的問(wèn)題。這其實(shí)是晶體管微縮到一定程度以后，必然出現(xiàn)的問(wèn)題。現(xiàn)在的晶體管加工早已經(jīng)是讓光刻技術(shù)“不堪重負(fù)”。無(wú)論是多重曝光還是浸潤(rùn)式光刻，都是用一種“明知不可為而為之”的方式在追求極致的微縮。而這就讓工藝的一致性和準(zhǔn)確性控制非常難做，出現(xiàn)工藝誤差甚至加工缺陷的情況就越來(lái)越嚴(yán)重。最終反應(yīng)到芯片上面就是成品率低或者說(shuō)器件故障率高。故障率高的結(jié)果就是一次加工，拋開(kāi)測(cè)試后無(wú)法工作的壞片，剩下能工作的芯片就很少。本來(lái)加工一次就貴，加工完了以后還要扔掉不少，于是加工出來(lái)的合格產(chǎn)品的價(jià)格就會(huì)居高不下

傳統(tǒng)上解決的方法無(wú)非兩種：一是加大投資進(jìn)一步去改進(jìn)工藝加強(qiáng)品控，但這不但投資巨大而去改進(jìn)總是有物理極限的；二是利用容錯(cuò)設(shè)計(jì)的方法讓芯片即使在有錯(cuò)的情況下也可以正常工作，但這也需要付出額外硅片面積來(lái)實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)電路的，當(dāng)缺陷多到一定程度以后加過(guò)多的容錯(cuò)電路從經(jīng)濟(jì)上看又不劃算 。所以“脆弱”的問(wèn)題最終還是反應(yīng)到了“貴”上面，成為進(jìn)一步推高先進(jìn)制程芯片造價(jià)的推手。

以上兩個(gè)問(wèn)題應(yīng)該如何解決？確實(shí)都不太好解決，但可以嘗試先來(lái)解決第二個(gè)問(wèn)題。解決第二個(gè)問(wèn)題的方法就是“切”，把大芯片切成小芯片。

圖3給了一個(gè)示意圖，當(dāng)我們的裸芯（Die）的面積越小，那么在缺陷概率一定的情況下整體的良率越高。如果裸芯的面積是40*40的良率才35.7%。如果面積減少到20*20，良率就上升到了75%。如果進(jìn)一步減小，良率還會(huì)提升。這里面有一些統(tǒng)計(jì)學(xué)上的數(shù)學(xué)關(guān)系。這里就不詳細(xì)解釋了，大家從理性直覺(jué)簡(jiǎn)單來(lái)分析一下就能明白：在缺陷“密度”確定的情況下，裸芯的面積越小，“撞”上缺陷的概率就越大。

圖3.裸芯面積越小整體良率越高

所以把大芯片切成小芯片（Chiplet）就變成了提升良率的一種必然選擇。而一旦切成Chiplet以后又有了一個(gè)新的好處：快速?gòu)?fù)用。雖然以前SoC設(shè)計(jì)方法學(xué)中IP已經(jīng)被設(shè)計(jì)成可以復(fù)用的，但形成SoC原型設(shè)計(jì)以后該走的軟硬件協(xié)同驗(yàn)證、后端與物理設(shè)計(jì)、流片制造、封裝測(cè)試的流程一個(gè)也少不了。可以說(shuō)是“復(fù)用了但又沒(méi)有完全復(fù)用”。而如果是Chiplet的話，就是一個(gè)已經(jīng)走完了完整設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試流程的成品小裸片，只是需要直接做一次封裝加工就可以用起來(lái)。其復(fù)用的程度遠(yuǎn)超過(guò)現(xiàn)在的IP。

圖4就給出了AMD復(fù)用Chiplets的一個(gè)典型案例。把多個(gè)Chiplet在封裝級(jí)重新拼裝成起來(lái)構(gòu)成完整的系統(tǒng)級(jí)芯片，可以在保證良率的前提下繼續(xù)讓單顆芯片內(nèi)部的晶體管數(shù)量增加，又可以復(fù)用之前已經(jīng)成熟的Chiplet。

圖4.AMD在第三代銳龍（Ryzen）處理器上復(fù)用了第二代宵龍（EPYC）處理器的IO Chiplet

在圖4中可以看出AMD在第三代銳龍（Ryzen）處理器上復(fù)用了第二代霄龍（EPYC）處理器的IO Chiplet，這種復(fù)用不但意味著可以將“老舊制程”生產(chǎn)的Chiplet繼續(xù)應(yīng)用到下一代產(chǎn)品中以節(jié)約成本，更意味著可以極大的節(jié)約設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和生產(chǎn)的周期并漸小失敗的風(fēng)險(xiǎn)。這一方面要節(jié)約大量的人力成本，同時(shí)也可以加快上市時(shí)間。

如果只是看單位硅片面積上的晶體管數(shù)量，Chiplet技術(shù)仿佛沒(méi)有什么幫助，也談不上“延續(xù)”摩爾定律。但如果一顆完整的芯片看成是封裝后“成品”，我們可以認(rèn)為摩爾定律還在繼續(xù)延續(xù)，因?yàn)榭偟木w管數(shù)量確實(shí)增加了。尤其是重要的是，這是在不大量的增加成本的前提下完成的，雖然這似乎是一條“退而求其次”的路線。

綜上所述：

1、摩爾定律如果繼續(xù)依靠傳統(tǒng)的“微縮”路線從經(jīng)濟(jì)上來(lái)說(shuō)其實(shí)已經(jīng)難以為繼，單個(gè)芯片上集成更多的晶體管雖然從技術(shù)上來(lái)說(shuō)依然可行但成本已經(jīng)大到無(wú)法接受；

2、先進(jìn)制程的良率問(wèn)題是讓流片成本居高不下的主要因素之一，將大裸片“切”成Chiplet是有效提升單個(gè)晶圓良率的必由之路，也是讓摩爾定律可以持續(xù)的主要方法之一。

3、Chiplet技術(shù)不但可以提升良率，還可以通過(guò)復(fù)用成熟的Chiplet進(jìn)一步降低設(shè)計(jì)成本和風(fēng)險(xiǎn)，讓單顆芯片內(nèi)部晶體管數(shù)量持續(xù)增加的同時(shí)成本依然可以接受。

03. 發(fā)展Chiplet技術(shù)面臨的問(wèn)題

可以看到，Chiplet技術(shù)是制程演進(jìn)到了納米級(jí)別，摩爾定律從經(jīng)濟(jì)上已難以為繼時(shí)所發(fā)展出來(lái)的一條技術(shù)路線。也可以說(shuō)是不得已而為之，改變了傳統(tǒng)的技術(shù)演進(jìn)方式。在某種程度上說(shuō)，有一點(diǎn)“產(chǎn)業(yè)鏈局部重構(gòu)”的意味。但這種改變必然也要面臨新的問(wèn)題。

首要的問(wèn)題就是多個(gè)Chiplet之間的通信問(wèn)題。這又分為了幾個(gè)層次，包括了封裝技術(shù)、電路設(shè)計(jì)、協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)等多個(gè)方面。

首先是封裝技術(shù)，Chiplet技術(shù)要把原本單個(gè)大硅片“切”成多個(gè)再?gòu)姆庋b級(jí)組裝起來(lái)。單個(gè)硅片上的布線密度和信號(hào)傳輸質(zhì)量是要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Chiplet之間的。這就要求必須要發(fā)展出高密度、大帶寬布線的“先進(jìn)封裝技術(shù)”，盡可能的提升在多個(gè)Chiplet之間布線的數(shù)量并提升信號(hào)傳輸質(zhì)量。好消息是經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，Intel和臺(tái)積電（TSMC）都已經(jīng)有了相關(guān)的技術(shù)儲(chǔ)備，通過(guò)所謂的中介層（Interposer）將多個(gè)Chiplet互連起來(lái)。TSMC公布的技術(shù)是CoW，而Intel公布的是EMIB。今天這些技術(shù)仍然在不斷演進(jìn)中，并有更新的技術(shù)不斷推出。

圖5.臺(tái)積電和Intel公開(kāi)發(fā)表的先進(jìn)封裝技術(shù)

其次是用于Chiplet之間的高速通信接口電路設(shè)計(jì)，也就是Chiplet間通信的“物理層”設(shè)計(jì)。Chiplet之間的通信當(dāng)然可以依靠傳統(tǒng)的高速Serdes電路來(lái)解決，甚至可以完整的復(fù)用PCIe之類目前已經(jīng)成熟的協(xié)議。但這些協(xié)議是用于解決芯片間甚至板卡間通信的，在Chiplet之間通信用會(huì)造成面積和功耗的浪費(fèi)。目前專門研究Chiplet間高速通信接口的論文也不少，也有很多類似的IP核被各大公司研制出來(lái)。

通信協(xié)議是保證不同Chiplet之間能夠順利的完成數(shù)據(jù)交互的必要保證，也是決定Chiplet能否“復(fù)用”的前提條件。目前Intel公司推出了AIB協(xié)議、TSMC和Arm合作搞了LIPINCON協(xié)議，當(dāng)然還有不少別的協(xié)議，在此不再贅述。雖然各家都在嚷嚷協(xié)議的重要性，但在目前的環(huán)境下Chiplet首先是“頭部半導(dǎo)體”公司才會(huì)采用的技術(shù)，而這些公司“切”自己設(shè)計(jì)的大芯片然后再“封”起來(lái)自己說(shuō)了算就行，并沒(méi)有太多去和別的Chiplet互聯(lián)互通的緊迫性。

目前對(duì)于協(xié)議看得最重的應(yīng)該是DARPA，因?yàn)镈ARPA所關(guān)心的市場(chǎng)屬于量不大但特定需求多的市場(chǎng)。如果各家都按一定的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)把自己的Chiplet通信接口和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化了，那DARPA就可以“采眾家之長(zhǎng)”，從產(chǎn)品定義到最終產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)之間的環(huán)節(jié)會(huì)少很多。

這將大大提升美軍信息技術(shù)的迭代能力，這也是DARPA推動(dòng)電子復(fù)興計(jì)劃中“CHIPS”項(xiàng)目的初衷。其次跟著吆喝的是一些IP公司，如果實(shí)現(xiàn)了通信協(xié)議的統(tǒng)一，這些IP公司就有可能實(shí)現(xiàn)從“賣IP”到“賣Chiplet”的轉(zhuǎn)型，開(kāi)發(fā)出新的商業(yè)模式。

綜合看以上幾個(gè)方面，先進(jìn)封裝技術(shù)是Chiplet實(shí)施的基礎(chǔ)和前提，事實(shí)上正是由于先進(jìn)封裝技術(shù)的突破才讓Chiplet技術(shù)從構(gòu)想走入現(xiàn)實(shí)。面向Chiplet的通信接口電路設(shè)計(jì)也很重要，相信這些已經(jīng)實(shí)施了Chiplet的頭部公司一定也有自己的設(shè)計(jì)。但如果“實(shí)在沒(méi)有”，用現(xiàn)有技術(shù)湊合的話其實(shí)能勉強(qiáng)一用。至于通信協(xié)議，目前應(yīng)該還屬于“誰(shuí)都說(shuō)服不了誰(shuí)”的階段。

其實(shí)這個(gè)也很正常，通信協(xié)議真正能夠推開(kāi)，最后就是“產(chǎn)品為王”。最后基于那個(gè)產(chǎn)品的協(xié)議占了主流，哪個(gè)協(xié)議也就成為了“事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)”。Wishbone、CoreConnect、Avalone這些片上總線協(xié)議如今聽(tīng)過(guò)的人不多了的原因，無(wú)非是Arm作為最大的SoC方案供應(yīng)商占據(jù)了大部分市場(chǎng)以后自然把其支持的AMBA協(xié)議簇給帶火了。

現(xiàn)階段強(qiáng)行的去談什么統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)既沒(méi)有意義也不現(xiàn)實(shí)，最終必然是“剩者為王”。更何況現(xiàn)階段Chiplet還是“自家切了自家用”的階段，只要這些頭部公司內(nèi)部統(tǒng)一了就行。從《全球工程前沿2021》報(bào)告中公布的合作網(wǎng)絡(luò)也可以看出，目前各個(gè)機(jī)構(gòu)之間的合作幾乎沒(méi)有。

圖6.各個(gè)公司在Chiplet技術(shù)上的合作網(wǎng)絡(luò)

發(fā)展Chiplet要解決的第二大問(wèn)題就是“設(shè)計(jì)方法學(xué)”的問(wèn)題，說(shuō)稍微直白一點(diǎn)就是：先進(jìn)封裝解決了如何“拼”的問(wèn)題，但更重要的是要解決如何“切“的問(wèn)題。之前我們有提到過(guò)，英偉達(dá)公司在決策下一代GPU要采用Chiplet技術(shù)時(shí)應(yīng)該如何把一整個(gè)完整的大設(shè)計(jì)劃分成多個(gè)Chiplet的思考和驗(yàn)證過(guò)程，這其實(shí)就是“設(shè)計(jì)方法學(xué)”的初步體現(xiàn)。而要讓基于Chiplet的設(shè)計(jì)方法真正從“可用”變到“好用”，需要定義完整的設(shè)計(jì)流程以及研制配套的設(shè)計(jì)輔助工具。這一塊展開(kāi)說(shuō)了又是一大段論述，為了節(jié)約篇幅在此不做詳細(xì)闡述。

04. 國(guó)內(nèi)外發(fā)展Chiplet的“同”和“異”

Chiplet作為先進(jìn)的集成電路技術(shù)，目前在國(guó)內(nèi)也是有大量的公司和研究機(jī)構(gòu)關(guān)注。有關(guān)Chiplet什么聯(lián)盟、論壇之類的也有不少。但基于目前的國(guó)際形勢(shì)和國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)的實(shí)際發(fā)展水平，國(guó)內(nèi)要面臨的困難和國(guó)際頭部IC設(shè)計(jì)公司并不相同。

以目前的國(guó)際形勢(shì)下，國(guó)內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)最大的挑戰(zhàn)來(lái)自于“封鎖”，而最大的機(jī)會(huì)來(lái)自于“自主”。由于“封鎖”的問(wèn)題，讓我們難以像以前那樣非常方便的獲取到先進(jìn)制程來(lái)代工。這也很“巧合”的與Chiplet技術(shù)出現(xiàn)的原因類似：微縮的道路走不下去了，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。這也是目前發(fā)展Chiplet技術(shù)對(duì)于國(guó)內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)最大的意義，當(dāng)我們走傳統(tǒng)方式延續(xù)摩爾定律的路子被“卡”斷的時(shí)候，依然有一條“退而求其次”技術(shù)路線可以走。

雖然目的類似，但國(guó)內(nèi)發(fā)展Chiplet的其它條件卻和國(guó)際頭部IC設(shè)計(jì)公司發(fā)展Chiplet并不相同。

從上面的分析我們可以看出，先進(jìn)制程下采用Chiplet是由于良率問(wèn)題而導(dǎo)致單個(gè)裸芯面積不能太大，而不得不去把大的設(shè)計(jì)“切”小。而我們要面臨的問(wèn)題是由于制程不夠先進(jìn)，單位面積上容納的晶體管數(shù)量有限，繼續(xù)去做大會(huì)面臨電源噪聲、功耗、良率等一系列問(wèn)題。這兩者之間有一定的相似性，都是要限制單個(gè)裸片上的晶體管數(shù)量，但背后的限制條件并不相同，這一點(diǎn)尚未有人進(jìn)行深入的研究和比較。

先進(jìn)封裝技術(shù)是發(fā)展Chiplet的前提，前面已有論述。但先進(jìn)封裝技術(shù)和“傳統(tǒng)封裝技術(shù)”的差別其實(shí)和大，其工藝流程可以相互借鑒的不多。目前先進(jìn)封裝技術(shù)實(shí)際上是掌握在臺(tái)積電、Intel這些傳統(tǒng)被認(rèn)為是“晶圓制造商”（Foundry廠）手中的，因?yàn)橹薪閷拥募庸て鋵?shí)和“晶圓制造”而非“傳統(tǒng)封裝”更為接近。

由于我不太掌握目前國(guó)內(nèi)先進(jìn)封裝的技術(shù)能力到底到了哪一步，對(duì)此也不展開(kāi)闡述，歡迎有知道的朋友評(píng)論區(qū)補(bǔ)充。我只是想強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是：如果我們?cè)谙冗M(jìn)封裝技術(shù)能力上有差距，我們需要考慮在布線密度和信號(hào)帶寬低于國(guó)際先進(jìn)水平的限制下發(fā)展Chiplet技術(shù)，對(duì)此我們要有所準(zhǔn)備。

第三個(gè)問(wèn)題是目前國(guó)內(nèi)缺乏大型系統(tǒng)級(jí)芯片定義與規(guī)劃人才，也缺乏有能力規(guī)劃Chiplet的頭部設(shè)計(jì)公司。這其實(shí)是芯片產(chǎn)業(yè)整體欠賬所導(dǎo)致的。目前國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)能力最強(qiáng)的公司是海思，而海思也曾經(jīng)在2014年就已經(jīng)用Chiplet的方式完成過(guò)產(chǎn)品設(shè)計(jì)。根據(jù)公開(kāi)的文獻(xiàn)報(bào)道，海思的鯤鵬處理器也通過(guò)Chiplet的方式實(shí)現(xiàn)處理器的“系列化”。

但除此之外，還未見(jiàn)有更多的商業(yè)成功案例。英偉達(dá)將大的設(shè)計(jì)劃分為多個(gè)Chiplet不但是一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，更是一個(gè)面向未來(lái)的產(chǎn)品規(guī)劃問(wèn)題。有“復(fù)雜大芯片”設(shè)計(jì)能力和經(jīng)驗(yàn)的公司在國(guó)內(nèi)屈指可數(shù)，有決心去規(guī)劃這樣的戰(zhàn)略方向并敢于付諸實(shí)踐的就更少。

最后一點(diǎn)，就是國(guó)內(nèi)缺乏必要的Chiplet積累，包括技術(shù)積累和產(chǎn)品積累。與Intel、AMD等頭部IC設(shè)計(jì)公司自身已經(jīng)有非常成熟的復(fù)雜芯片產(chǎn)品不同，國(guó)內(nèi)很多公司依賴于Arm、Synopsys等公司的全家桶產(chǎn)品支持和“保姆式”服務(wù)。還有很大一部分產(chǎn)品走的是“跟研”甚至是“仿制”的路線，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)芯片的理解和掌控能力非常的弱。很多產(chǎn)品還在對(duì)標(biāo)國(guó)外“中端”產(chǎn)品，尚未達(dá)到需要去“切分”的程度。更不用說(shuō)具備一些“立等可用”的Chiplet成品。

所以，在中國(guó)發(fā)展Chiplet需要注意目前國(guó)內(nèi)實(shí)際的產(chǎn)業(yè)狀態(tài)。一方面Chiplet作為一種新的技術(shù)路線，確實(shí)給出了在單個(gè)裸片晶體管數(shù)量受限的情況下保持封裝后芯片產(chǎn)品整體晶體管數(shù)量持續(xù)提升的方法；另一方面Chiplet絕不是解決目前國(guó)內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)的“萬(wàn)能神藥”，其局限和挑戰(zhàn)同樣很大，還會(huì)由于國(guó)內(nèi)的特殊情況而導(dǎo)致新的挑戰(zhàn)。

05. 國(guó)內(nèi)發(fā)展Chiplet可以采取的路線

通過(guò)前面的分析，大致談了Chiplet技術(shù)產(chǎn)生的原因以及發(fā)展過(guò)程中面臨的挑戰(zhàn)，也簡(jiǎn)要分析了一下國(guó)內(nèi)發(fā)展Chiplet要面臨的一些與國(guó)際IC設(shè)計(jì)頭部公司不同的困難。最后，簡(jiǎn)要結(jié)合作者的研究經(jīng)驗(yàn)談一些不太成熟的看法，供大家參考。

首先是要重點(diǎn)突破“先進(jìn)封裝技術(shù)”。從前文的分析可以看出，先進(jìn)封裝技術(shù)是實(shí)施Chiplet技術(shù)的前提。在不能大幅度提升布線密度和信號(hào)帶寬的前提下發(fā)展Chiplet技術(shù)，就好像在不具備基礎(chǔ)道路的國(guó)家發(fā)展物流產(chǎn)業(yè)，必然要受到極大的限制和阻礙。值得高興的是，從各種公開(kāi)報(bào)道和各種渠道的消息來(lái)看，目前國(guó)內(nèi)在先進(jìn)封裝技術(shù)上取得了一定的成果。

其次是以要立足于國(guó)內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)實(shí)，不以拔苗助長(zhǎng)。目前國(guó)內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭良好，但由于長(zhǎng)期欠賬導(dǎo)致人才、技術(shù)都相對(duì)匱乏，短期內(nèi)不具備形成“聚合效應(yīng)”的能力。也缺乏龍頭性企業(yè)帶動(dòng)下迅速形成“生態(tài)”的可能性。所以目前現(xiàn)實(shí)的情況只能是各個(gè)企業(yè)根據(jù)自身情況選擇合適的發(fā)展Chiplet技術(shù)的路線，而不能強(qiáng)行的依靠所謂的“聯(lián)盟”、“標(biāo)準(zhǔn)化組織”搞圈地運(yùn)動(dòng)甚至強(qiáng)行推廣某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)。要允許有一段“百家爭(zhēng)鳴”的階段。但后期應(yīng)該以“賽馬制”盡快挑選出能用的“良馬”，發(fā)揮我國(guó)“集中力量辦大事”的優(yōu)勢(shì)牽引推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈整合。

第三要認(rèn)真研究目前國(guó)際頭部IC設(shè)計(jì)公司的Chiplet技術(shù)路線差異，結(jié)合國(guó)內(nèi)各廠商實(shí)際情況形成符合自身產(chǎn)業(yè)晉級(jí)的技術(shù)路線。目前各頭部IC設(shè)計(jì)公司的Chiplet技術(shù)路線其實(shí)都有差異，例如AMD公司的CPU Chiplet+IOD模式，Intel 的“主Chiplet+外圍Chiplets”模式等等，既建立在自身技術(shù)條件的基礎(chǔ)上也考慮目標(biāo)市場(chǎng)以及產(chǎn)品發(fā)展的具體需求。而目前國(guó)內(nèi)面臨的狀況是在舊制程上“堆算力”的問(wèn)題，因此“切”的問(wèn)題要弱于“拼”。個(gè)人認(rèn)為直接將現(xiàn)有成熟裸芯當(dāng)成Chiplet，搭配必要的外圍Chiplet來(lái)構(gòu)建封裝級(jí)的異構(gòu)系統(tǒng)可能是目前最為實(shí)際、最能利用國(guó)內(nèi)現(xiàn)有基礎(chǔ)路線。

最后也是最重要的是應(yīng)學(xué)習(xí)DARPA模式，以國(guó)家項(xiàng)目牽引打通上下游產(chǎn)業(yè)鏈的配套，實(shí)現(xiàn)具有我國(guó)特色的Chiplet產(chǎn)業(yè)模式從無(wú)到有的轉(zhuǎn)換。雖然Chiplet在產(chǎn)業(yè)界已有雛形，但不能否認(rèn)的是DARPA著力推動(dòng)的CHIPS項(xiàng)目對(duì)于Chiplet的“催熟”作用。而我國(guó)在目前的國(guó)際戰(zhàn)略態(tài)勢(shì)下，更是需要以重大項(xiàng)目牽引，發(fā)揮Chiplet設(shè)計(jì)模式對(duì)于設(shè)計(jì)制造流程的優(yōu)化，凸顯其在小批量、多場(chǎng)景、系列化芯片產(chǎn)品上的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)特定產(chǎn)品走通完整的技術(shù)路線，進(jìn)而初步形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈條。

以上就是本人一些不成熟的看法，歡迎大家批評(píng)指正。由于年底事情較多，導(dǎo)致本文完成的較為匆忙，對(duì)于某些技術(shù)文獻(xiàn)的引用和對(duì)技術(shù)名詞的解釋存在一定不規(guī)范的地方，還請(qǐng)各位讀者見(jiàn)諒。本文在完成過(guò)程中受到了中科芯集成電路有限公司的大力支持和幫助，在此表示誠(chéng)摯的感謝。