“芯?！碧岚?，獲選！

近日，在第二十五屆中國科協(xié)年會上，中國科協(xié)發(fā)布“2023重大科學問題、工程技術難題和產業(yè)技術問題”。中國移動提案《如何發(fā)揮我國信息通信產業(yè)優(yōu)勢，快速實現(xiàn)芯粒（Chiplet）技術和產業(yè)突破》經過117位院士專家嚴格把關，成為中國科協(xié)發(fā)布的“10個對產業(yè)發(fā)展具有引領作用的產業(yè)技術問題”之一。

為什么要發(fā)展Chiplet？

隨著摩爾定律逐漸接近物理極限，單純依靠工藝升級獲得芯片性能提升和成本下降的路線已經露出疲態(tài)。而芯粒技術將芯片按功能單元分解成多個小芯粒，分別用最適合的材料和工藝制造，再通過先進封裝形成完整芯片，可以提高性能、降低成本、縮短上市周期，被產業(yè)界公認為“后摩爾時代”半導體技術發(fā)展的重要方向。

中國移動自2021年起開展Chiplet技術研究，依托“信息通信芯片產業(yè)鏈創(chuàng)新中心”，協(xié)同合作伙伴發(fā)布了《Chiplet白皮書》。2022年聯(lián)合清華大學和南京郵電大學承擔國家自然科學基金“面向通感一體的可重構計算Chiplet關鍵技術研究”，積極探索下一代通信和算力領域核心芯片關鍵技術。2023年中國移動科技周期間舉辦“Chiplet芯片技術”分論壇，攜手合作伙伴共同研討Chiplet技術發(fā)展前景、關鍵問題和技術挑戰(zhàn)，推進Chiplet產業(yè)發(fā)展。

相比于普通芯片，Chiplet技術具有哪些優(yōu)勢？

傳統(tǒng)的SoC芯片是將具有不同功能單元的完整系統(tǒng)集成在單個芯片中，統(tǒng)一制造、統(tǒng)一封裝，形成高度集成系統(tǒng)，其信息傳遞效率更高、體積更小，缺點在于其設計開發(fā)的周期更長，技術要求更復雜，開發(fā)成本更高。Chiplet技術是將芯片按照功能單元分解成多個小芯粒，每個芯粒選擇最適合的工藝制造，再通過先進封裝技術實現(xiàn)芯粒間高速互聯(lián)，形成系統(tǒng)級芯片，具有多種優(yōu)勢。

一是可降低芯片成本，通過將芯片中不同功能模塊拆分成幾個關鍵的芯粒，每顆芯粒能夠在產品中復用，平衡研發(fā)成本；

二是可提升芯片集成規(guī)模，Chiplet技術將多顆芯粒統(tǒng)一封裝集成，可以突破單芯片的面積限制，形成高集成芯片系統(tǒng)；

三是可提升設計效率，Chiplet技術通常集成成熟的芯粒裸片，并對芯片上部分芯粒進行選擇性迭代，即可制作出下一代產品，設計靈活性高、研發(fā)風險低、上市周期短。

發(fā)展Chiplet涉及哪些核心技術？有哪些新突破？

Chiplet的發(fā)展核心是先進封裝技術，主要涉及2.5D封裝和3D封裝。2.5D封裝是指將多個芯粒通過中介層在水平方向上進行封裝，相比于直接在基板上互連，硅中介層上的連接更短，從而減少了信號傳輸?shù)难舆t和功耗，已廣泛應用于CPU、GPU、FPGA、ASIC等芯片。

3D封裝是指通過硅通孔將多個芯粒在垂直方向上進行封裝，進一步縮短芯粒的傳輸路徑，提升芯片的集成規(guī)模，但受制于硅通孔的工藝難度，目前主要應用于存儲芯片。當前臺積電、英特爾、三星等公司主導先進封裝領域，臺積電擁有CoWoS/InFO、英特爾擁有EMIB、Fovores 3D等，Chiplet使用的先進封裝多種多樣，且新的封裝形式和結構還在不斷演進。

目前，全球芯片產業(yè)針對芯粒技術目前已進行了哪些布局？未來產業(yè)規(guī)模是否還將進一步發(fā)展？

Chiplet尚處于大規(guī)模應用的初期階段，國內外芯片廠商正在積極布局核心技術、產品應用和產業(yè)生態(tài)。

核心技術方面，目前全球先進封裝技術主要由臺積電、英特爾、三星等公司主導，國內以通富微電、長電科技和華天科技為代表的封測企業(yè)在Chiplet領域已實現(xiàn)技術布局，進入穩(wěn)定量產階段。

產品應用方面，多細分領域出現(xiàn)Chiplet產品并實現(xiàn)規(guī)?；瘧谩庑酒瑥S商在主流產品上均采用Chiplet方案實現(xiàn)性能升級，在存儲器領域，2015年SK海力士推出了高帶寬存儲器HBM；在CPU領域，2017年AMD推出了高性能處理器霄龍系列；在GPU/AI加速卡領域，2022年英偉達推出了算力加速卡A100；在ASIC領域，英特爾推出了以太網交換芯片Tofino2；在FPGA領域，2019年英特爾推出了Altera Stratix 10。國內算力芯片廠商也在快速跟進，在GPU/AI加速卡領域出現(xiàn)了基于Chiplet方案的高性能產品。

產業(yè)生態(tài)方面，技術聯(lián)盟先后成立，推動標準制定和生態(tài)建設。2022年3月，英特爾、AMD、ARM等十家公司聯(lián)合成立通用芯粒互連產業(yè)聯(lián)盟（UCIe），主導國際Chiplet標準與生態(tài)建設，目前已發(fā)布UCIe 1.0芯?；ヂ?lián)標準。2020年8月，中科院計算所聯(lián)合國內芯片廠商成立中國計算機互連技術聯(lián)盟（CCITA），2022年12月正式發(fā)布了國內首個Chiplet技術標準《小芯片接口總線技術要求》。

據(jù)研究機構Omdia的數(shù)據(jù)預計，到2024年，Chiplet的市場規(guī)模將達到58億美元，是2018年6.45億美元規(guī)模的9倍；到2035年，市場規(guī)模將進一步擴大到570億美元（約合人民幣4170億元）以上。全球芯片巨頭正在加碼布局Chiplet先進封裝，目前仍局限于企業(yè)內部獨立研發(fā)和應用，且聚焦于一些高端產品。隨著Chiplet技術不斷成熟，可以預見將有更多的芯粒提供商、芯片設計公司、EDA企業(yè)和封測制造企業(yè)涌入賽道，促進整個芯片生態(tài)系統(tǒng)的升級和發(fā)展。

Chiplet發(fā)展能為國內半導體產業(yè)帶來哪些機遇？

Chiplet技術為國內IP公司開啟了硅片級IP復用的新模式和增長空間，極大推動國內先進封裝技術與產業(yè)的發(fā)展，同時為國內EDA廠商研發(fā)專用EDA工具提供了新的機會，將成為中國半導體產業(yè)發(fā)展的新動能。

Chiplet產業(yè)化為半導體產業(yè)鏈帶來新的發(fā)展機遇，也將成為推動5G通信、算力網絡、AI能力等先進技術發(fā)展的重要引擎。

目前，國內信息通信等相關產業(yè)已實現(xiàn)跨越式發(fā)展，形成了廣泛的應用場景、完善的產業(yè)生態(tài)和充足的人才儲備。中國移動提出的Chiplet發(fā)展方案，將進一步發(fā)揮我國信息通信產業(yè)的優(yōu)勢，打造Chiplet中國方案，快速實現(xiàn)Chiplet技術和產業(yè)突破，在集成電路領域實現(xiàn)高速發(fā)展。