Chiplet 又稱芯粒或者小芯片,，它是將一類滿足特定功能的 die（裸片），通過 die-to-die 內(nèi)部互聯(lián)技術(shù)實(shí)現(xiàn)多個(gè)模塊芯片與底層基礎(chǔ)芯片封裝在一起,，形成一個(gè)系統(tǒng)芯片,，以實(shí)現(xiàn)一種新形式的 IP 復(fù)用,。目前，主流系統(tǒng)級單芯片（SoC）都是將多個(gè)負(fù)責(zé)不同類型計(jì)算任務(wù)的計(jì)算單元,，通過光刻的形式制作到同一塊晶圓上,。

　　比如，目前旗艦級的智能手機(jī)的 SoC 芯片上,，基本都集成了 CPU,、GPU、DSP,、ISP,、NPU、Modem 等眾多的不同功能的計(jì)算單元,，以及諸多的接口 IP,，其追求的是高度的集成化，利用先進(jìn)制程對于所有的單元進(jìn)行全面的提升,。而 Chiplet 則與之相反,，它是將原本一塊復(fù)雜的 SoC 芯片，從設(shè)計(jì)時(shí)就先按照不同的計(jì)算單元或功能單元對其進(jìn)行分解,，然后每個(gè)單元選擇最適合的半導(dǎo)體制程工藝進(jìn)行分別制造,，再通過先進(jìn)封裝技術(shù)將各個(gè)單元彼此互聯(lián)，最終集成封裝為一個(gè)系統(tǒng)級芯片組,。

　　Chiplet 可以大幅提高大型芯片的良率

　　隨著高性能計(jì)算,、AI 等方面的巨大運(yùn)算需求，集成更多功能單元和更大的片上存儲使得芯片不僅晶體管數(shù)量暴增,，芯片面積也急劇增大,。芯片良率與芯片面積有關(guān)，隨著芯片面積的增大而下降,。一片晶圓能切割出的大芯片數(shù)量較少,，而一個(gè)微小缺陷則可能直接使一顆大芯片報(bào)廢。Chiplet 可將單一 die 面積做小以確保良率,，并用高級封裝技術(shù)把不同的芯粒集成在一起,。

　　Chiplet 有利于降低設(shè)計(jì)的復(fù)雜度和設(shè)計(jì)成本

　　Chiplet 芯片一般采用先進(jìn)的封裝工藝，將小芯片組合代替形成一個(gè)大的單片芯片,。利用小芯片（具有相對低的面積開銷）的低工藝和高良率可以獲得有效降低成本開銷,。除芯片流片制造成本外，研發(fā)成本也逐漸占據(jù)芯片成本的重要組成部分,，通過采用已知合格裸片進(jìn)行組合,，可以有效縮短芯片的研發(fā)周期及節(jié)省研發(fā)投入。同時(shí) Chiplet 芯片通常集成應(yīng)用較為廣泛和成熟的芯片裸片,，可以有效降低了 Chiplet 芯片的研制風(fēng)險(xiǎn),，從而減少重新流片及封裝的次數(shù),，有效節(jié)省成本。

　　Chiplet 有望降低芯片制造的成本

　　SoC 中具有不同計(jì)算單元,，以及 SRAM,、I/O 接口、模擬或數(shù)?；旌显?。除了邏輯計(jì)算單元以外，其他元件并不依賴先進(jìn)制程也通常能夠發(fā)揮很好的性能,。所以,，將 SoC 進(jìn)行 Chiplet 化之后，不同的芯?？梢愿鶕?jù)需要來選擇合適的工藝制程分開制造,，然后再通過先進(jìn)封裝技術(shù)進(jìn)行組裝，不需要全部都采用先進(jìn)的制程在一塊晶圓上進(jìn)行一體化制造,，這樣可以極大的降低芯片的制造成本,。以 AMD 為例，AMD 第二代 EPYC 服務(wù)器處理器 Ryzen 采用小芯片設(shè)計(jì),，將先進(jìn)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,。

　　全球半導(dǎo)體芯片巨廠紛紛布局 Chiplet,，Chiplet 未來市場空間廣闊

　　AMD、臺積電,、英特爾,、英偉達(dá)等芯片巨頭廠商嗅到了這個(gè)領(lǐng)域的市場機(jī)遇，近年來開始紛紛入局Chiplet,。AMD 最新幾代產(chǎn)品都極大受益于“SiP + Chiplet”的異構(gòu)系統(tǒng)集成模式,；另外，近日蘋果最新發(fā)布的 M1 Ultra 芯片也通過定制的 UltraFusion 封裝架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了超強(qiáng)的性能和功能水平,，包括 2.5TB/s 的處理器間帶寬,。在學(xué)術(shù)界，美國加州大學(xué),、喬治亞理工大學(xué)以及歐洲的研究機(jī)構(gòu)近年也逐漸開始針對 Chiplet 技術(shù)涉及到的互連接口,、封裝以及應(yīng)用等問題開始展開研究。據(jù) Omdia 報(bào)告,，預(yù)計(jì)到 2024年,，Chiplet 市場規(guī)模將達(dá)到 58 億美元，2035 年則超過 570 億美元,，市場規(guī)模將迎來快速增長,。

　　UCIe：實(shí)現(xiàn) Chiplet 互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵

　　隨著 Chiplet 逐步發(fā)展，未來來自不同廠商的芯粒之間的互聯(lián)需求持續(xù)提升,。今年三月份出現(xiàn)的 UCIe,， 即 Universal Chiplet Interconnect Express，是一種由 Intel,、AMD,、ARM、高通,、三星,、臺積電、日月光,、Google Cloud,、Meta 和微軟等公司聯(lián)合推出的 Die-to-Die 互連標(biāo)準(zhǔn)，其主要目的是統(tǒng)一 Chiplet（芯粒）之間的互連接口標(biāo)準(zhǔn),，打造一個(gè)開放性的 Chiplet 生態(tài)系統(tǒng),。UCIe 在解決 Chiplet 標(biāo)準(zhǔn)化方面具有劃時(shí)代意義。

　　借助 UCIe 平臺,，未來有望實(shí)現(xiàn)更加完整的 Chiplet 生態(tài)系統(tǒng)

　　UCIe 產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)布了涵蓋上述標(biāo)準(zhǔn)的 UCIe1.0 規(guī)范,。UCIe 聯(lián)盟在官網(wǎng)上公開表示，該聯(lián)盟需要更多半導(dǎo)體企業(yè)的加入,，來打造更全面的 Chiplet 生態(tài)系統(tǒng),。同時(shí)，加盟的芯片企業(yè)越多,，意味著該標(biāo)準(zhǔn)將得到更多的認(rèn)可,，也有機(jī)會被更廣泛的采用。UCIe標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)的最大意義在于,，巨頭們合力搭建起了統(tǒng)一的 Chiplet 互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn),，這將加速推動開放的 Chiplet 平臺發(fā)展，并橫跨 x86,、Arm,、RISC-V 等架構(gòu)和指令集。在 UCIe 標(biāo)準(zhǔn)下,，未來或許能推出同時(shí)集成 x86 的 Chiplet 芯片和 RISC-V 的Chiplet 芯片的處理器,，并通過架構(gòu)的混用同時(shí)滿足 PC 和移動應(yīng)用生態(tài)的需求。

　　先進(jìn)封裝：將 Chiplet 真正結(jié)合在一起的關(guān)鍵

　　UCIe 聯(lián)盟為 Chiplet 指定了多種先進(jìn)封裝技術(shù),，包括英特爾EMIB,、臺積電CoWoS、日月光FoCoS-B等,。Chiplet雖然避免了超大尺寸 die,，但同時(shí)也意味著超大尺寸封裝,，又高度融合晶圓后道工藝，更在封裝方面帶來了極限技術(shù)挑戰(zhàn),，如封裝加工精度和難度進(jìn)一步加大,，工藝窗口進(jìn)一步變窄，通用設(shè)備比例降低,，設(shè)備升級需求大等,。除此之外，散熱和功率分配也是需要考慮的巨大問題,。目前頭部的 IDM 廠商,、晶圓代工廠以及封測企業(yè)都在積極推動不同類型的先進(jìn)封裝技術(shù)，以搶占這塊市場,。

　　芯片測試：保證 Chiplet 良率,，使 Chiplet 能夠正常運(yùn)行，測試設(shè)備數(shù)量和性能都有更高需求

　　由于 Chiplet 中封裝了多個(gè) die,，每一個(gè) die 都不能失效才能保證 Chiplet 正常運(yùn)轉(zhuǎn),。過去對于一些較低成本的芯片通常采取抽檢，但若采用Chiplet 則需要全檢,，以確保每一個(gè) die 都能正常工作,。在對異構(gòu)集成進(jìn)行測試時(shí)，一方面要確保組裝的裸晶功能完好,，另一方面還要提高裸晶在系統(tǒng)中的自檢能力,。不同于標(biāo)準(zhǔn) IP，Chiplet 設(shè)計(jì)難度大幅增加,，需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游廠商協(xié)同設(shè)計(jì),，因此在測試方法上也更加復(fù)雜和困難。

　　后摩爾時(shí)代,，Chiplet 給中國集成電路產(chǎn)業(yè)帶來了巨大發(fā)展機(jī)遇

　　首先,，芯片設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)能夠降低大規(guī)模芯片設(shè)計(jì)的門檻；其次半導(dǎo)體 IP 企業(yè)可以更大地發(fā)揮自身的價(jià)值,，從半導(dǎo)體 IP 授權(quán)商升級為 Chiplet 供應(yīng)商,，在將 IP 價(jià)值擴(kuò)大的同時(shí)，還有效降低了芯片客戶的設(shè)計(jì)成本,，尤其可以幫助系統(tǒng)廠商,、互聯(lián)網(wǎng)廠商這類缺乏芯片設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和資源的企業(yè)，發(fā)展自己的芯片產(chǎn)品,；最后,，國內(nèi)的芯片制造與封裝廠可以擴(kuò)大自己的業(yè)務(wù)范圍，提升產(chǎn)線的利用率，尤其是在高端先進(jìn)工藝技術(shù)發(fā)展受阻的時(shí)候,，還可以通過為高端芯片提供基于其他工藝節(jié)點(diǎn)的 Chiplet 來參與前沿技術(shù)的發(fā)展,。

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