近日，在今年的Hot Chips國際大會上，AMD談到了其現(xiàn)有的小芯片(Chiplet)設計以及多層芯片的未來發(fā)展方向，并表示AMD有14種用于Chiplet的封裝架構(gòu)正在研發(fā)中?？梢?，AMD已經(jīng)全面進入3D Chiplet時代。在先前的英特爾架構(gòu)日中，英特爾發(fā)布下一代至強可擴展處理器(代號為“SapphireRapids”)，即采用2.5D的嵌入式橋接解決方案，在Chiplet領域又邁出了關鍵一步。此外，臺積電、AMD、賽靈思等芯片巨頭廠商也開始紛紛入局Chiplet，形成了百家爭鳴的場面。而事實上Chiplet早在10年前就已出現(xiàn)，為何在近兩年卻成為了巨頭們競逐的焦點?隨著后摩爾時代的來臨，對于先進封裝的研發(fā)是否將替代先進工藝制造的研發(fā)?

　　巨頭紛紛發(fā)布前沿封裝技術

　　近年來，AMD、英特爾、臺積電、英偉達等國際芯片巨頭均開始紛紛入局Chiplet。同時，隨著入局的企業(yè)越來越多，設計樣本也越來越多，開發(fā)成本也開始下降，大大加速了Chiplet生態(tài)發(fā)展。據(jù)Omdia報告，到2024年，Chiplet的市場規(guī)模將達到58億美元，2035年則超過570億美元，Chiplet的全球市場規(guī)模將迎來快速增長。

　　作為代工界巨頭的臺積電，自然也在重兵押注，比三星、英特爾更早地采用了Chiplet的封裝方式。臺積電負責人向《中國電子報》記者介紹，臺積電推出了3DFabric，搭載了完備的3D硅堆棧(3D Silicon Stacking)和先進的封裝技術。3DFabric 是由臺積電前端3D硅堆棧技術TSMC SoIC系統(tǒng)整合的芯片，是由基板晶圓上封裝(Chip on Wafer on Substrate, CoWoS)與整合型扇出(Integrated Fan-Out, InFO)的后端3D導線連接技術所組成，從而能夠為客戶提供整合異質(zhì)小芯片(Chiplet)的彈性解決方案。據(jù)了解，該項技術先后被用于賽靈思的FPGA、英偉達的GPU以及AMD的CPU。

　　在臺積電諸多Chiplet的客戶中，AMD無疑是這波Chiplet風潮的引領者。AMD高級副總裁、大中華區(qū)總裁潘曉明同《中國電子報》記者介紹，早在2017年，AMD在推出的處理器上便采用了Chiplet技術，將4個SoC相互連接。在下一代產(chǎn)品中又通過Infinity技術將8個7nm Chiplet 小芯片和1個12nm Chiplet I/O相互連接。近期，AMD也發(fā)布了其實驗性的產(chǎn)品，即基于3D Chiplet技術的3D V-Cache。該技術使用臺積電的3D Fabric先進封裝技術，成功地將含有64MB L3 Cache的Chiplet以3D堆疊的形式與處理器封裝在了一起，且已經(jīng)有14種用于Chiplet的封裝架構(gòu)正在研發(fā)中。

　　作為全球排名第一的EDA解決方案供應商，新思科技也在致力于Chiplet解決方案的研發(fā)。新思科技向《中國電子報》記者表示，現(xiàn)有的各種單點工具只能解決3D IC設計中細枝末節(jié)的難題，為此新思科技推出了3D IC Compiler，為Chiplet的集成提供了統(tǒng)一的平臺，為3D可視化、路徑、探索、設計、實現(xiàn)、驗證及簽核提供了一體化的超高收斂性環(huán)境，能夠?qū)⑾到y(tǒng)級信號、功耗和散熱分析集成到同一套緊密結(jié)合的解決方案中。

　　對于中國半導體而言，Chiplet被視為中國與國外差距相對較小的先進封裝技術，有望帶領中國半導體產(chǎn)業(yè)在后摩爾時代實現(xiàn)質(zhì)的突破，因此，Chiplet技術也成為了中國半導體企業(yè)的“寵兒”，紛紛走向Chiplet研發(fā)的道路。作為中國三大封測企業(yè)之一的長電科技，如今也在積極布局Chiplet技術。

　　長電科技首席技術長李春興同《中國電子報》記者介紹，長電科技正在布局多維扇出集成技術XDFOITM(X-Dimensional Fan-out Integration, XDFOITM)。XDFOITM是一種以2.5D TSV-less為基本技術平臺的封裝技術，在線寬/線距可達到2μm/2μm 的同時，還可以實現(xiàn)多層布線層，以及2D/2.5D和3D多種異構(gòu)封裝，能夠提供小芯片(Chiplet)及異構(gòu)封裝的系統(tǒng)封裝解決方案。

　　競逐Chiplet訴求各不相同

　　事實上，Chiplet并非是一個新的概念，早在十年前就已提出，為何如今成為芯片巨頭們爭相競技的焦點?

　　據(jù)了解，在以往，設計一個系統(tǒng)級芯片的方法是從不同的IP供應商購買一些軟核(代碼)或硬核(版圖)的IP，并結(jié)合自研的模塊，集成為一個SoC，然后在某個芯片工藝節(jié)點上完成芯片設計和生產(chǎn)的完整流程。而Chiplet的出現(xiàn)，對于某些IP而言，不需要自己做設計和生產(chǎn)，只需要購買IP，然后在一個封裝里集成起來，形成一個SiP(System in Package)?？梢奀hiplet也是IP的一種，但它是以硅片的形式提供的。

　　“Chiplet是通過系統(tǒng)級封裝，使得更多的功能能夠集成在一個系統(tǒng)中，從而實現(xiàn)更低的功耗。但是芯片巨頭們?nèi)刖諧hiplet，實際上是有各自不同的訴求的。” 中科院微電子所副所長曹立強向《中國電子報》記者表示。

　　其一，隨著摩爾定律的不斷延伸，芯片也在不斷向先進制程發(fā)展，流片費用變得越來越高昂，流片成功率也變得越來越低，因而芯片成本也在不斷提升。但是，通過將大芯片拆成小芯粒，再通過SiP的手段將其合成一個再造芯片的方式，可以大大減少成本，還可以達到先進制程的功能。例如，Marvell 提出的Mochi 概念，便是采用Chiplet技術，可以最大程度降低成本，還能對芯片進行模塊化設計，各個模塊還可以重復利用。

　　其二，對于資本力量比較雄厚的芯片巨頭而言，技術瓶頸往往是阻礙其發(fā)展的最大困境。隨著芯片制程不斷縮小，技術瓶頸也使得越來越多的芯片廠商選擇推出先進制程進行競爭。許多廠商開始利用Chiplet的方式，把大芯片拆分，從而達到與先進制程相似的功能。例如，賽靈思3D IC 使用堆疊硅片互聯(lián) (SSI) 技術打破了摩爾定律的限制，且能夠提供行業(yè)最高邏輯密度、帶寬和片上資源及突破性的系統(tǒng)集成。

　　其三，對于資本力量雄厚，且技術能力過關的半導體企業(yè)，芯片良品率往往是制約其產(chǎn)品落地的關鍵因素。例如，AMD先前與臺積電聯(lián)合開發(fā)的5nm芯片，良率跌破50%，因此AMD選擇采用Chiplet的方式大大提升了芯片良率。

　　其四，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等新興行業(yè)的興起，存算一體的融合架構(gòu)模式也成為了如今的市場所需，而這也是英特爾入局Chiplet的關鍵因素所在，利用Chiplet將不同的功能切開，再進行組合搭配，使得CPU能夠在不同的情況下實現(xiàn)快速轉(zhuǎn)換，從而正常運行。

　　“雖然巨頭們使用Chiplet技術的理由各不相同，但是從側(cè)面也反映出如今Chiplet技術得到了行業(yè)內(nèi)的認可和重視?！辈芰娬f。

　　先進封裝VS先進工藝制造

　　此前，封裝技術往往被視為半導體產(chǎn)業(yè)鏈中技術含量最低的一道工序，而角逐的“主戰(zhàn)場”往往是在芯片設計以及芯片制造的環(huán)節(jié)。然而，在即將到來的后摩爾時代，芯片先進制程逐漸突破物理極限，人們開始由先前的“如何把芯片變得更小”轉(zhuǎn)變?yōu)椤叭绾伟研酒獾酶　?，以Chiplet為首的先進封裝技術隨之浮出水面。

　　根據(jù)Yole預測，先進封裝市場將在2022年時年營收大約可達329億美元，屆時市場規(guī)模將超過傳統(tǒng)封裝規(guī)模。先進封裝市場的營收將以6.6%的年復合增長率成長，而傳統(tǒng)封裝市場年復合增長率僅為1.1%?？梢?，后摩爾時代讓封裝技術搖身一變成為占領芯片技術高地的關鍵一環(huán)。

　　然而，這是否意味著先進封裝將超越先進工藝技術的發(fā)展?

　　雖然相比較于芯片設計以及芯片制造而言，芯片封裝技術門檻較低，但這并不意味著先進封裝技術更容易實現(xiàn)?！凹呻娐纷鳛楦呒夹g型產(chǎn)業(yè)，任何一項新技術的出現(xiàn)都需要很長的時間來進行摸索。目前Chiplet還是一個比較新的技術，許多芯片玩家‘嗅’到了這個領域的市場機遇便開始紛紛入局，芯片設計企業(yè)、系統(tǒng)架構(gòu)企業(yè)等紛紛開始做Chiplet，形成了新的生態(tài)環(huán)境，但如今這個生態(tài)環(huán)境還沒有一個很好的領軍企業(yè)來牽頭，也使得如今Chiplet的生態(tài)環(huán)境還比較混亂，并不穩(wěn)定。”曹立強說。

　　與此同時，曹立強認為，在集成電路領域中，沒有先進和落后的技術，只有成熟工藝和先進工藝的區(qū)分，先進封裝技術并不會取代先進工藝技術的發(fā)展，而是二者共同發(fā)展。

　　“任何技術的出現(xiàn)，都是有它的價值和意義的，只有最合適的技術，沒有最好的技術。制造和封裝二者之間并不是替代的關系，而是并存的關系，只是應用的領域不一樣。對于Chiplet等先進封裝技術而言，是對先進制造環(huán)節(jié)的一個必要補充手段，但是若沒有先進制造作為前提條件，先進封裝技術也僅僅是空中樓閣?！? 曹立強說。

　　因此，對于中國半導體而言，盡管以Chiplet為首的封裝技術，是如今中國半導體產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)質(zhì)的發(fā)展的關鍵，但是曹立強認為，僅僅通過先進封裝技術，來彌補前道工序的不足，是遠遠不夠的，因此，中國半導體在大力拓展先進封裝技術的同時，也需要在先進制造方面努力發(fā)展，從而才能真正實現(xiàn)大的跨越。