争议的“小芯片”技术，能否帮助中国芯片“弯道超车”？｜硅基世界
（图片来源：Shutterstock EN）
8月5日挂牌的三只半导体新股中，模拟芯片厂商中微半导体（688380.SS）首日涨幅高达82.11%，广立微（301095.SZ）涨幅达155.78%，存储芯片厂商江波龙（301308.SZ) 首日大涨77.83%。
截止周一（8日）开盘前，中芯国际港股上涨7.1%，中芯A股上涨4.4%；华虹半导体上涨5%；中证半导体ETF指数（CSI:H30184）则上涨6.8%，为四个月高位，一周内涨幅高达14.2%，创2020年7月以来的首次。
与此同时，一个半导体产业新的先进封装技术细分领域——Chiplet（小芯片，又称“芯粒”）近期备受机构投资者的关注。8月4日，阿里巴巴、英伟达宣布加入Chiplet生态的通用芯粒互连（UCIe）联盟；8月7日，国内芯片IP公司芯原股份（688521.SH）在财报中披露，其有可能成为全球第一批面向客户推出Chiplet商用产品的企业，基于此技术的5nm 系统级芯片（SoC）目前已流片成功。
不过，这项技术还存在争议。部分行业人士认为，Chiplet对中国解决先进芯片技术瓶颈具有重要意义，是中国市场换道超车重要技术路径之一。甚至8月6日有文章称Chiplet是“10年涨10倍的大机遇”。但清华大学专家却指出，Chiplet只是先进芯片制造工艺的“补充”，而不是替代品。
争议中的Chiplet
Chiplet是在摩尔定律趋缓下的半导体工艺发展方向之一，也是一种芯片“模块化”设计方法，还是异构集成的封装技术。
简单来说，Chiplet能将不同工艺节点、不同功能，甚至不同材质的Chiplet，如同搭积木一样，通过先进封装技术（如英特尔主推的EMIB、Foveros、Co-EMIB等封装技术）集成在一起，从而形成一个系统级芯片（SoC)，以平衡芯片计算性能与成本。
与传统的SoC方案相比，Chiplet模式具有设计灵活性、成本低、上市周期短三方面优势。
Chiplet最初是2015年，Marvell创始人周秀文在ISSCC 2015上提出MoChi（模块化芯片）架构概念，核心背景就是摩尔定律的放缓以及先进芯片设计成本越来越高。随后，AMD公司以实现性能、功耗和成本的平衡为目标，率先将Chiplet应用于商业产品中。
苹果Chiplet专利与M1 Ultra芯片
随后，科技巨头们也嗅到了Chiplet技术的商业化前景。今年3月苹果公司发布的自研M1 Ultra芯片，就是通过Chiplet封装方案，将两个M1 Max芯片互连，以实现更高的性能以及更经济的方案。而目前已有的Chiplet封装技术还包括Organic Substrates、台积电提出的Passive Interposer（2.5D) 以及英特尔提出的Silicon Bridges等。
根据调研机构Omdia的数据显示，到2024年，Chiplet处理器芯片的全球市场规模将达到58亿美元，较2018年增长9倍。到2035年，全球Chiplet芯片市场规模将有望扩大到570亿美元，较2024年增长近10倍。
基于Chiplet的系统芯片示意图（来源：IEEE会议）
“（Chiplet）解决7nm、5nm及以下工艺中，性能与成本的平衡，能降低较大规模芯片的设计时间和风险。”芯原股份CEO戴伟民在2020年世界计算机大会上表示。
对于中国来说，Chiplet技术的最大吸引力在于，它可以在降低成本下，实现不同工艺节点的芯片产品搭配，并通过添加或删除Chiplet，来创建具有不同功能集的不同产品。
比如，一颗芯片内部包含存储、通信和NPU（神经网络处理器）模块，它可以搭配28nm、14nm、7nm不同节点，中间由I/O die互连，从而创造出与7nm芯片一样的性能和作用，这有助于减少美国对先进技术封锁的影响。
戴伟民在今年6月的一场线上会议中表示，Chiplet技术能使中国构建计算机和电子设备核心的中央处理器 (CPU) 和图形处理器 (GPU) 的“战略库存”。
“Chiplet对中国解决（先进芯片技术）瓶颈具有重要意义......这项技术为中国提供了一个机会，可以囤积Chiplet处理器芯片，以便在后期需要时使用它们来生产更强大的处理器。”戴伟民表示。
中国计算机互连技术联盟（CCITA）秘书长、中科院计算所研究员郝沁汾接受媒体采访时表示，中国可以采用28nm成熟工艺的芯片，通过Chiplet封装方式，使其性能和功能接近16nm甚至7nm工艺的芯片性能。
在国内， 华为海思半导体是最早研究Chiplet技术的公司之一。随后包括芯片IP公司芯原股份、国内芯片封装龙头企业长电科技(600584.SH) 、通富微电、华天科技等企业，都在发力Chiplet技术。根据中国证券报的统计，A股中布局Chiplet的概念股有8只。
8月5日，长电科技表示，2021年公司推出了支持Chiplet技术的扇出型封装解决方案；芯原股份则表示，其计划于2022年至2023年，继续推进高端应用处理器平台Chiplet方案的迭代研发工作，并通过客户合作项目、产业投资等，持续推进Chiplet在平板电脑、自动驾驶、数据中心等领域的产业化落地进程。
不过，清华大学教授魏少军却认为，Chiplet处理器芯片是先进制造工艺的“补充”，而不是替代品。“其目标还是在成本可控情况下的异质集成。”
清华大学集成电路学院院长吴华强也表示，Chiplet不是先进芯片制造的替代品，但它们可能有助于中国建立“战略缓冲区”，提高本地的性能和计算能力，以制造用于数据中心服务器芯片。
综合考虑成本、性能等多方面的因素，魏少军认为，Chiplet技术最大的应用场景，主要包括计算逻辑与DRAM（动态随机存储）集成、手机领域通过Chiplet将多颗芯粒集成以节省体积、以及汽车、工业控制、物联网等领域。
Chiplet技术的关键标准和接口方面，中国是追赶者。 今年3月2日，英特尔联合AMD、Arm、谷歌云、高通、Meta、微软、三星、台积电、日月光这10家半导体产业上下游企业组成UCIe（Universal Chiplet Interconnect Express）国际产业联盟，意欲推动Chiplet互联标准规范化、共建开放生态。目前包括阿里、芯原股份、芯耀辉等国内企业也都加入其中。
中国科学院微电子研究所封装中心副主任王启东表示，Chiplet还有一些技术障碍需要克服。比如封装14nm节点芯片以执行7nm芯片功能，可能会增加40%的功耗。“即使我们能找到技术解决方案，另一个挑战是如何控制成本。我认为现在没有人对此非常清楚。”
魏少军认为，中国集成电路产业总体上还处在追赶的过程中，Chiplet的出现并不能带来这一态势的根本改变。不过，中国企业可以借助Chiplet更快地发展应用，促使其向标准芯粒方向转型。
内忧外患下的关键时刻
“中国半导体的发展正面临非常关键的时刻，可以用外忧内患两方面来解释。”8月5日，魏少军以线上视频方式表示，以美国和西方对中国的打压作为重要的标志，外部形势越来越严峻。从国内来看，中国半导体产业的自主发展也正进入一个关键时刻。
中国科学院科技战略咨询研究院今年6月发布的一篇论文中指出，中国芯片设计产业在全球竞争格局中长期受到边缘化威胁，据中国半导体协会数据显示，近年来中国芯片设计企业数量持续增长，在2020年总数量已达到2218家，但真正有市场影响力和生态话语权的企业凤毛麟角。
随着全球通货膨胀、俄乌冲突、国内疫情、美国对中国半导体产业的打压等，整体的市场需求出现萎缩，全球半导体产业也受到了较大的影响。
美国半导体行业协会的数据显示，6月份半导体销售额同比增长13.3%，低于5月份的18%。这是连续第6个月增速放缓，也是自2018年以来持续时间最长的一次。调研机构Gartner表示，从长远来看，芯片销售的增长速度远低于预期，全球半导体市场正在进入疲软期，并将持续到2023年，届时半导体收入预计将下降2.5%。
数据显示，2022年全球经济前景迅速恶化，芯片销售也随之放缓。
芯片销售与全球经济走势关系（来源：SIA、世界银行）
“中国芯片设计企业将面临一个从量变到质变的关键临界点。” 上述文章认为，中国需要利用市场优势来发展芯片设计，尤其是模拟芯片和功率半导体等具有发展机遇的领域，并且提升本土软件生态系统培育能力，将国内芯片企业集中一起构建中国产业。
根据中国半导体行业协会发布的数据，国内集成电路产业总营收更是在2021年首次突破万亿大关，同比增长18.2%，达到了10458.3亿元。但同时，中国依然是全球最大的芯片进口国，占据全球半导体市场的1/3。
对于内忧外患下的关键时刻， 中信证券认为，当前正处于全球半导体供应链的大变革阶段，一方面在各国加大政策补贴背景下，产能扩张持续加码，扩产潮下设备企业受益显著；另一方面在施加外部限制背景下，供应链安全得到重点关注，本土设备材料零部件供应商更多承接本土需求，获得持续份额提升。
“有望加速国产设备、零部件的研发、验证，建议关注国产化趋势下设备、零部件的发展机遇。”中信证券表示。（本文首发钛媒体App，作者｜林志佳）
仅靠小芯片技术，撑不起中国芯的未来
目前全球最先进的工艺是3nm，而在3m之后还有2nm，1nm，绝大多数的专业人士认为，硅基芯片的工艺极限可能就在1nm，想要再往下研发，可能不太现实了。
接下来工艺还想再提升，可能得换材料，换另外的技术，反正EUV光刻这种技术，硅基这种芯片，应该到1nm就是极限。
事实上，大家都已经看到这个现实了，因为现在工艺进步越来越难，成本越来越高，也无法遵循摩尔定律在走了。
为了解决这个问题，Chiplet（小芯片或芯粒）技术成为了大家的一个重点，甚至也成为业界、学术界、政策界的统一共识，大家认为“后摩尔时代”，Chiplet技术才是未来。
特别是中国目前在被卡脖子，先进工艺暂时无法前进，Chiplet技术或者还是破除或者缓解“卡脖子”难题，是中国芯的未来。
因为Chiplet本身是一种不受限于晶体管制程，将各种工艺、各种结构的芯片进行异质整合的先进封装技术，而很多不同的小芯片封装在一起，能够实现更多的功能，更高的性能，从而一定程度上，可以让成熟工艺的芯片，也能媲美先进工艺的芯片，这样就不那么急需先进制程了。
不仅如此，Chiplet还将影响EDA厂商、晶圆制造和封装公司、芯粒IP供应商、Chiplet产品及系统设计公司到Fabless设计厂商的产业链各个环节的参与者，会重塑产业链，所以这是中国芯的机会， 更是未来。
不过，我认为Chiplet虽然一定程度上能够破除或者缓解“卡脖子”难题，但却撑不起中国芯的未来。
其实非常简单，小芯片技术还是需要把各种芯片封装在一起的，而这些小芯片本身，还是有工艺制程的，制程还是能够决定最终的性能或功能的。
举个例子，就算真的几块14nm的芯片小芯片封装在一起，可以媲美3nm的芯片，但如果别人同样用几块3nm的小芯片，封装在一起呢，当然就秒杀了这14nm工艺的小芯片了。
所以最终，还得落实到工艺上来，因为你用14nm的芯片技术来搞小芯片，别人用3nm的工艺技术来搞小芯片，那么这中间的差距就会更大了。
所以，对于工艺的追求，一定是芯片产业绕不过去的坎，没有所谓的弯道超车，没有捷径，只有一步一步的往前走，最终跨过去。
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