小芯片（chiplet）是一種制造系統(tǒng)的方法,，這個系統(tǒng)實際上由幾個較小的小芯片集成,，但是從其封裝外部看起來就好像所有功能單元都在一顆芯片上一樣,。小芯片被業(yè)界廣泛視為可以保持計算行業(yè)系統(tǒng)性能繼續(xù)提升的一種重要舉措,。
“小芯片”是什么,？
基于Chiplets的系統(tǒng),，簡單來說就是未來的電腦系統(tǒng)不再需要各種各樣單獨的芯片，比如CPU／GPU以及各種芯片控制單元（MCU）,。我們只需要一個CPU芯片（Chiplets）和幾個GPU,，將這些GPU都連接到大硅片承載的Chiplets芯片上，從而構(gòu)成一體化的芯片網(wǎng)絡(luò),。
Chiplets的概念其實已存在了幾年,，隨著高級互聯(lián)和封裝技術(shù)的日趨成熟，人們對它的關(guān)注越來越多,。Chiplets可以被理解成是經(jīng)過設(shè)計和制造工藝優(yōu)化的專用硅塊或IP塊,，這使得它們可以被設(shè)計得盡可能小，從而增加其產(chǎn)量并最小化成本,。
畢竟,，現(xiàn)在7nm工藝的芯片都已經(jīng)造價不菲，是時候找找解決辦法了,。
續(xù)命摩爾定律,！小芯片時代來了
55年前，被推崇為芯片界“圣經(jīng)”的摩爾定律預(yù)言：當(dāng)價格不變時,，集成電路上可容納的晶體管數(shù)量每隔18－24個月會增加一倍,，性能也隨之提升一倍。
當(dāng)年摩爾定律的出現(xiàn)設(shè)定了極為關(guān)鍵的技術(shù)發(fā)展節(jié)奏基準(zhǔn),，催化了科技市場欣欣向榮,，為整個IT行業(yè)帶來了難以估量的經(jīng)濟價值。
使用先進節(jié)點的好處很多,，晶體管密度更大,、占用空間更少、性能更高,、功率更低,，但挑戰(zhàn)也越來越難以克服。
極小尺寸下,，芯片物理瓶頸越來越難以克服,。尤其在近幾年，先進節(jié)點走向10nm,、7nm,、5nm,，問題就不再只是物理障礙了，節(jié)點越進化,，微縮成本越高,，能扛住經(jīng)濟負擔(dān)的設(shè)計公司越來越少。
根據(jù)公開報道,，28nm節(jié)點設(shè)計成本約為5000萬美元,，而到5nm節(jié)點，設(shè)計總成本已經(jīng)飆高到逾5億美元,，相當(dāng)于逾35億人民幣,。
而守住摩爾定律,，關(guān)乎利潤最大化,，如果研發(fā)和生產(chǎn)成本降不下來，那么對于芯片巨頭和初創(chuàng)公司來說都將是糟糕的經(jīng)濟負擔(dān),。
幸運的是,，每當(dāng)摩爾定律被唱衰將走到盡頭，總會激發(fā)出科學(xué)家和工程師們創(chuàng)新構(gòu)想,，提出力挽狂瀾的突破性技術(shù),，將看似走向終結(jié)的摩爾定律一再推向遠方。
基于小芯片的模塊化設(shè)計,，正是其中解決成本問題的一個極為關(guān)鍵的構(gòu)想,。
小芯片的三大價值：開發(fā)快、成本低,、功能多
當(dāng)前芯片設(shè)計模式常從不同IP供應(yīng)商購買軟核IP或硬核IP,，再結(jié)合自研模塊集合成一個片上系統(tǒng)（SoC），然后以某個制造工藝節(jié)點生產(chǎn)出芯片,。
而小芯片通過先進封裝技術(shù),，能將多種不同架構(gòu)、不同工藝節(jié)點,、甚至來自不同代工廠的專用硅塊或IP塊集成在一起,，可以跳過流片，快速定制出一個能滿足多種功能需求的超級芯片產(chǎn)品,。
相比單片芯片,，小芯片帶來的好處是多重的。
首先,，小芯片開發(fā)速度更快,。
在服務(wù)器等計算系統(tǒng)中，電源和性能由CPU核心和緩存支配,。通過將內(nèi)存與I／O接口組合到一個單片I／O芯片上,，可減少內(nèi)存與I／O間的瓶頸延遲,，進而幫助提高性能。
其次,，小芯片的研發(fā)成本更低,。
因為小芯片是由不同的芯片模塊組合而成，設(shè)計者可在特定設(shè)計部分選用最先進的技術(shù),，在其他部分選用更成熟,、廉價的技術(shù)，從而節(jié)省整體成本,。
例如,，AMD第二代EPYC服務(wù)器處理器Ryzen采用小芯片設(shè)計，將更先進的臺積電7nm工藝制造的CPU模塊與更成熟的格羅方德12／14nm工藝制造的I／O模塊組合,，7nm可滿足高算力的需求,，12／14nm則降低了制造成本。
這帶來的好處是,，7nm制程部分的芯片面積大幅縮減,，而采用更成熟制程的I／O模塊有助于整體良率的提升，進一步降低晶圓代工成本,。綜合來看,，CPU核心越多，小芯片組合的成本優(yōu)勢越明顯,。
最后,，小芯片能靈活滿足不同功能需求。
一方面,，小芯片方案具備良好的可擴展性,。例如構(gòu)建了一個基本die后，可能只用一個die可應(yīng)用于筆記本電腦,，兩個可應(yīng)用于臺式機,，四個可應(yīng)用于服務(wù)器；另一方面,，小芯片可以充當(dāng)異構(gòu)處理器,，將GPU、安全引擎,、AI加速器,、物聯(lián)網(wǎng)控制器等不同處理元素按任意數(shù)量組合在一起，為各類應(yīng)用需求提供更豐富的加速選擇,。
隨著小芯片的優(yōu)勢逐漸顯露,，它正被微處理器、SoC、GPU和可編程邏輯設(shè)備（PLD）等更先進和高度集成的半導(dǎo)體設(shè)備采用,。
根據(jù)研究機構(gòu)統(tǒng)計,，微處理器是小芯片最大的細分市場，支持小芯片的微處理器市場份額預(yù)計從2018年的4．52億美元增長到2024年的24億美元,。同時,，計算領(lǐng)域?qū)⒊蔀樾⌒酒闹饕獞?yīng)用市場，今年有望占據(jù)小芯片總收入的96％,。
市場預(yù)測
據(jù)市場研究認為,，“小芯片”正被更高級和高度集成的半導(dǎo)體設(shè)備采用。例如,，微處理器（MPU）,，片上系統(tǒng)（SOC）設(shè)備，圖形處理單元（GPU）和可編程邏輯設(shè)備（PLD）,，尤其MPU是最受歡迎的,。即使僅計算依靠MPU 這個細分市場的“小芯片”市場，到2024年也能達到24億美元,。
“小芯片”將在未來4年內(nèi)成為集成了圖形,、安全引擎,、人工智能（AI）加速,、低功耗物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的應(yīng)用處理器,，這將是其58億美元市場的最重要因素,。
據(jù)業(yè)內(nèi)相關(guān)人士分析說： “從軟件開發(fā)人員到系統(tǒng)設(shè)計師,，再到技術(shù)投資者,，幾十年來，每個人都依賴摩爾定律所規(guī)定的兩年時間表,。隨著小芯片的到來,，半導(dǎo)體業(yè)務(wù)和依賴小芯片的業(yè)務(wù)現(xiàn)在有機會回到慣常的發(fā)展速度，這種速度為整個科技行業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟價值,?！?/p>