在今年的Hot Chips國(guó)際大會(huì)上,，AMD談到了其現(xiàn)有的小芯片（Chiplet）設(shè)計(jì)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。可見,，AMD已經(jīng)全面進(jìn)入3D Chiplet時(shí)代,。在先前的英特爾架構(gòu)日中，英特爾發(fā)布下一代至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器（代號(hào)為“SapphireRapids”）,，即采用2.5D的嵌入式橋接解決方案,，在Chiplet領(lǐng)域又邁出了關(guān)鍵一步。此外,，臺(tái)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(zhēng)鳴的場(chǎng)面,。而事實(shí)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(jìng)逐的焦點(diǎn),？隨著后摩爾時(shí)代的來臨,，對(duì)于先進(jìn)封裝的研發(fā)是否將替代先進(jìn)工藝制造的研發(fā)？

　　巨頭紛紛發(fā)布前沿封裝技術(shù)

　　近年來,，AMD,、英特爾、臺(tái)積電,、英偉達(dá)等國(guó)際芯片巨頭均開始紛紛入局Chiplet,。同時(shí)，隨著入局的企業(yè)越來越多,，設(shè)計(jì)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(bào)告,，到2024年，Chiplet的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到58億美元,，2035年則超過570億美元,，Chiplet的全球市場(chǎng)規(guī)模將迎來快速增長(zhǎng)。

　　作為代工界巨頭的臺(tái)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(tái)積電負(fù)責(zé)人向《中國(guó)電子報(bào)》記者介紹，臺(tái)積電推出了3DFabric,，搭載了完備的3D硅堆棧（3D Silicon Stacking）和先進(jìn)封裝技術(shù),。3DFabric 是由臺(tái)積電前端3D硅堆棧技術(shù)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(dǎo)線連接技術(shù)所組成,，從而能夠?yàn)榭蛻籼峁┱袭愘|(zhì)小芯片（Chiplet）的彈性解決方案,。據(jù)了解,，該項(xiàng)技術(shù)先后被用于賽靈思的FPGA、英偉達(dá)的GPU以及AMD的CPU,。

　　在臺(tái)積電諸多Chiplet的客戶中,，AMD無疑是這波Chiplet風(fēng)潮的引領(lǐng)者。AMD高級(jí)副總裁,、大中華區(qū)總裁潘曉明同《中國(guó)電子報(bào)》記者介紹,，早在2017年，AMD在推出的處理器上便采用了Chiplet技術(shù),，將4個(gè)SoC相互連接,。在下一代產(chǎn)品中又通過Infinity技術(shù)將8個(gè)7nm Chiplet 小芯片和1個(gè)12nm Chiplet I/O相互連接。近期,，AMD也發(fā)布了其實(shí)驗(yàn)性的產(chǎn)品,，即基于3D Chiplet技術(shù)的3D V-Cache。該技術(shù)使用臺(tái)積電的3D Fabric先進(jìn)封裝技術(shù),，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(yīng)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(guó)電子報(bào)》記者表示，現(xiàn)有的各種單點(diǎn)工具只能解決3D IC設(shè)計(jì)中細(xì)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(tái)，為3D可視化,、路徑,、探索、設(shè)計(jì),、實(shí)現(xiàn),、驗(yàn)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(jí)信號(hào),、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(duì)于中國(guó)半導(dǎo)體而言，Chiplet被視為中國(guó)與國(guó)外差距相對(duì)較小的先進(jìn)封裝技術(shù),，有望帶領(lǐng)中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在后摩爾時(shí)代實(shí)現(xiàn)質(zhì)的突破,，因此，Chiplet技術(shù)也成為了中國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)的“寵兒”,，紛紛走向Chiplet研發(fā)的道路,。作為中國(guó)三大封測(cè)企業(yè)之一的長(zhǎng)電科技，如今也在積極布局Chiplet技術(shù)。

　　長(zhǎng)電科技首席技術(shù)長(zhǎng)李春興同《中國(guó)電子報(bào)》記者介紹,，長(zhǎng)電科技正在布局多維扇出集成技術(shù)XDFOITM（X-Dimensional Fan-out Integration, XDFOITM）,。XDFOITM是一種以2.5D TSV-less為基本技術(shù)平臺(tái)的封裝技術(shù)，在線寬/線距可達(dá)到2μm/2μm 的同時(shí),，還可以實(shí)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(jìng)逐Chiplet訴求各不相同

　　事實(shí)上,，Chiplet并非是一個(gè)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(zhēng)相競(jìng)技的焦點(diǎn),？

　　據(jù)了解，在以往,，設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)級(jí)芯片的方法是從不同的IP供應(yīng)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(gè)SoC,，然后在某個(gè)芯片工藝節(jié)點(diǎn)上完成芯片設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的完整流程,。而Chiplet的出現(xiàn)，對(duì)于某些IP而言,，不需要自己做設(shè)計(jì)和生產(chǎn),，只需要購買IP，然后在一個(gè)封裝里集成起來,，形成一個(gè)SiP（System in Package）,。可見Chiplet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(jí)封裝，使得更多的功能能夠集成在一個(gè)系統(tǒng)中,，從而實(shí)現(xiàn)更低的功耗,。但是芯片巨頭們?nèi)刖諧hiplet，實(shí)際上是有各自不同的訴求的,?！?中科院微電子所副所長(zhǎng)曹立強(qiáng)向《中國(guó)電子報(bào)》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(jìn)制程發(fā)展，流片費(fèi)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(gè)再造芯片的方式，可以大大減少成本,，還可以達(dá)到先進(jìn)制程的功能,。例如，Marvell 提出的Mochi 概念,，便是采用Chiplet技術(shù),，可以最大程度降低成本，還能對(duì)芯片進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì),，各個(gè)模塊還可以重復(fù)利用,。

　　其二，對(duì)于資本力量比較雄厚的芯片巨頭而言,，技術(shù)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(shù)瓶頸也使得越來越多的芯片廠商選擇推出先進(jìn)制程進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng),。許多廠商開始利用Chiplet的方式,，把大芯片拆分，從而達(dá)到與先進(jìn)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(shù)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(duì)于資本力量雄厚,，且技術(shù)能力過關(guān)的半導(dǎo)體企業(yè),，芯片良品率往往是制約其產(chǎn)品落地的關(guān)鍵因素。例如,，AMD先前與臺(tái)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(jì)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(chǎng)所需，而這也是英特爾入局Chiplet的關(guān)鍵因素所在,，利用Chiplet將不同的功能切開,，再進(jìn)行組合搭配,，使得CPU能夠在不同的情況下實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)換，從而正常運(yùn)行,。

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

　　先進(jìn)封裝VS先進(jìn)工藝制造

　　此前，封裝技術(shù)往往被視為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中技術(shù)含量最低的一道工序,，而角逐的“主戰(zhàn)場(chǎng)”往往是在芯片設(shè)計(jì)以及芯片制造的環(huán)節(jié),。然而，在即將到來的后摩爾時(shí)代,，芯片先進(jìn)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　保訡hiplet為首的先進(jìn)封裝技術(shù)隨之浮出水面,。

　　根據(jù)Yole預(yù)測(cè),，先進(jìn)封裝市場(chǎng)將在2022年時(shí)年?duì)I收大約可達(dá)329億美元，屆時(shí)市場(chǎng)規(guī)模將超過傳統(tǒng)封裝規(guī)模,。先進(jìn)封裝市場(chǎng)的營(yíng)收將以6.6%的年復(fù)合增長(zhǎng)率成長(zhǎng),，而傳統(tǒng)封裝市場(chǎng)年復(fù)合增長(zhǎng)率僅為1.1%?？梢?，后摩爾時(shí)代讓封裝技術(shù)搖身一變成為占領(lǐng)芯片技術(shù)高地的關(guān)鍵一環(huán)。

　　然而,，這是否意味著先進(jìn)封裝將超越先進(jìn)工藝技術(shù)的發(fā)展,？

　　雖然相比較于芯片設(shè)計(jì)以及芯片制造而言，芯片封裝技術(shù)門檻較低,，但這并不意味著先進(jìn)封裝技術(shù)更容易實(shí)現(xiàn),。“集成電路作為高技術(shù)型產(chǎn)業(yè),，任何一項(xiàng)新技術(shù)的出現(xiàn)都需要很長(zhǎng)的時(shí)間來進(jìn)行摸索,。目前Chiplet還是一個(gè)比較新的技術(shù)，許多芯片玩家‘嗅’到了這個(gè)領(lǐng)域的市場(chǎng)機(jī)遇便開始紛紛入局,，芯片設(shè)計(jì)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(gè)生態(tài)環(huán)境還沒有一個(gè)很好的領(lǐng)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,?！辈芰?qiáng)說,。

　　與此同時(shí)，曹立強(qiáng)認(rèn)為,，在集成電路領(lǐng)域中,，沒有先進(jìn)和落后的技術(shù)，只有成熟工藝和先進(jìn)工藝的區(qū)分,，先進(jìn)封裝技術(shù)并不會(huì)取代先進(jìn)工藝技術(shù)的發(fā)展,，而是二者共同發(fā)展。

　　“任何技術(shù)的出現(xiàn),，都是有它的價(jià)值和意義的，只有最合適的技術(shù),，沒有最好的技術(shù),。制造和封裝二者之間并不是替代的關(guān)系，而是并存的關(guān)系,，只是應(yīng)用的領(lǐng)域不一樣,。對(duì)于Chiplet等先進(jìn)封裝技術(shù)而言，是對(duì)先進(jìn)制造環(huán)節(jié)的一個(gè)必要補(bǔ)充手段,，但是若沒有先進(jìn)制造作為前提條件,，先進(jìn)封裝技術(shù)也僅僅是空中樓閣?！?曹立強(qiáng)說,。

　　因此，對(duì)于中國(guó)半導(dǎo)體而言,，盡管以Chiplet為首的封裝技術(shù),，是如今中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)質(zhì)的發(fā)展的關(guān)鍵，但是曹立強(qiáng)認(rèn)為,，僅僅通過先進(jìn)封裝技術(shù),，來彌補(bǔ)前道工序的不足，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,，因此,，中國(guó)半導(dǎo)體在大力拓展先進(jìn)封裝技術(shù)的同時(shí)，也需要在先進(jìn)制造方面努力發(fā)展,，從而才能真正實(shí)現(xiàn)大的跨越,。

　　作者丨沈叢

　　編輯丨連曉東

　　美編丨馬利亞