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| 本文作者： 吳優(yōu) | 2022-12-20 10:06 |
2022年12月16日，中國首個(gè)原生Chiplet技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)正式通過了工信部中國電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會的審定，并在第二屆中國互連技術(shù)與產(chǎn)業(yè)大會上發(fā)布。這是首個(gè)由中國集成電路領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)與專家共同制定的《小芯片接口總線技術(shù)要求》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，這對中國集成電路產(chǎn)業(yè)延續(xù)“摩爾定律”，突破先進(jìn)制程工藝限制具有重要意義。
在此之前，國際上已由英特爾、AMD、臺積電等芯片公司聯(lián)合成立了Chiplet聯(lián)盟，并定制了UCIe1.0標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)劃對原本各家自有的Chiplet技術(shù)進(jìn)行規(guī)范，對接口和協(xié)議等方面形成統(tǒng)一公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，以此推動Chiplet生態(tài)建設(shè)。
近些年，美國政府對中國半導(dǎo)體的制裁步步升級，中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)逐漸意識到，產(chǎn)業(yè)鏈上下游的任何一環(huán)，如果不能實(shí)現(xiàn)自主可控，都存在被制裁的風(fēng)險(xiǎn)，Plan B勢在必行。
因此，Chiplet作為后摩爾時(shí)代的熱門技術(shù)之一，即便是已經(jīng)有了像UCIe這樣的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，不少業(yè)內(nèi)人士依然認(rèn)為我們需要一套屬于自己的Chiplet技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，也有質(zhì)疑的聲音認(rèn)為，未來的UCIe會重現(xiàn)PCIe的輝煌，成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并推動Chiplet成為主流，另起爐灶自建一套技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)意義不大。
火熱的Chiplet，平衡性能與成本的“靈丹妙藥”
對Chiplet標(biāo)準(zhǔn)討論的火熱，主要源于在晶體管微縮的實(shí)現(xiàn)越來越昂貴的今天，人類依然希望找到成本更低的方法推動芯片能效比的提升，Chiplet就能滿足這一要求。
根據(jù)長江證券的研報(bào)給出的解釋，所謂的Chiplet，是一種可平衡計(jì)算性能與成本，提高設(shè)計(jì)靈活度，且提升IP模塊經(jīng)濟(jì)性與復(fù)用性的新技術(shù)之一，本質(zhì)上是IP核芯片化的小芯粒，將SoC分解為單獨(dú)的、預(yù)先在工藝線上生產(chǎn)好的、實(shí)現(xiàn)特定功能的芯片裸片，再將這些模塊化的小芯粒互連起來，并通過2.5D或3D的技術(shù)封裝在一起，從而形成一顆異構(gòu)集成系統(tǒng)級芯片。
具體而言，目前主流的系統(tǒng)級單芯片SoC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，通過光刻的形式制造到同一塊晶圓上，Chiplet則是可以將不同的核心選擇合適的工藝分開制造，再用先進(jìn)封裝技術(shù)封裝，不需要全部都采用先進(jìn)制程在同一塊晶圓上進(jìn)行一體化制造。
主流的系統(tǒng)級單芯片SoC雖然方便，但隨著制程的提升，良率降低，晶圓面積有效利用率下降，成本降低等問題愈發(fā)明顯，正如上文中所解釋的那樣，Chiplet技術(shù)的出現(xiàn)正好可以解決這些問題。
另一方面，Chiplet將SoC模塊化之后，可以減少重復(fù)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證環(huán)節(jié)，提高產(chǎn)品的迭代速度，與更加追求效率的后摩爾時(shí)代調(diào)性相同。
值得注意的是，因?yàn)镃hiplet技術(shù)強(qiáng)調(diào)將模塊化的小芯粒互連，因此容易同“先進(jìn)封裝”概念混淆。英特爾中國研究院院長宋繼強(qiáng)博士曾在一次活動上對這兩個(gè)概念進(jìn)行區(qū)分，表示先進(jìn)封裝和Chiplet的概念并不等同，先進(jìn)封裝是將不同的芯片很好地封裝在一個(gè)更大的芯片中，是集成制造技術(shù)，而Chiplet更多則是對芯片架構(gòu)或系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)理念。
“多芯片封裝集成中未必需要Chiplet的設(shè)計(jì)，但想要實(shí)現(xiàn)Chiplet，則一定需要用到先進(jìn)封裝。”宋繼強(qiáng)解釋道。
這些Chiplet的內(nèi)涵，其實(shí)在業(yè)界早已有所體現(xiàn)，例如，F(xiàn)abless廠商AMD比擁有晶圓廠的英特爾更早發(fā)揮Chiplet技術(shù)的功效。2019年，AMD發(fā)布的Ryzen3000系列中部署了基于Chiplet技術(shù)的Zen 2 內(nèi)核，以較高的性價(jià)比快速分食英特爾在PC領(lǐng)域的市占率。
基于這一邏輯，在Chiplet領(lǐng)域，AMD與英特爾之間的關(guān)系類似當(dāng)下的中美關(guān)系，基于先進(jìn)制程的芯片制造一直是大陸的短板，因此某種程度上，中國更應(yīng)該重視Chiplet的發(fā)展。
“但盲目夸大Chiplet的作用也是不對的，只是Chiplet設(shè)計(jì)方式加上成熟工藝在某些場景下小于或等同于先進(jìn)工藝的作用，Chiplet并不能替代以光刻機(jī)的演進(jìn)為主要方向的傳統(tǒng)集成電路技術(shù)路線。”中國計(jì)算機(jī)互連技術(shù)聯(lián)盟CCITA郝沁汾說道。
中國Chiplet技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，與UCIe并不沖突
盡管真實(shí)的Chiplet技術(shù)并不能“萬能”到緩解我國在光刻機(jī)等制造設(shè)備上“卡脖子”的困境，但其平衡性能與成本的作用已經(jīng)被多家國際芯片大廠驗(yàn)證，有進(jìn)一步發(fā)展的必要性。
不過Chiplet作為一種互連技術(shù)，能否進(jìn)一步向前發(fā)展，取決于業(yè)內(nèi)能否出現(xiàn)一種將不同芯片模型連接起來的標(biāo)準(zhǔn)接口。
因此在今年3月份，全球知名芯片制造商英特爾、臺積電、三星聯(lián)手芯片封測龍頭日月光，攜AMD、Arm、高通、谷歌、微軟、Meta等科技行業(yè)巨頭推出了一個(gè)全新的通用芯片互連標(biāo)準(zhǔn)：通用小芯片快連（UCle）。旨在為小芯片互連定制一個(gè)新的開放標(biāo)準(zhǔn)，簡化相關(guān)流程，并提高來自不同制造商的小芯片之間的互操作性。這一標(biāo)準(zhǔn)之下，芯片制造商可以在合適的情況下混合構(gòu)建芯片。
標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布之后，除了國際巨頭的身影，芯原股份、燦芯半導(dǎo)體、芯來科技、牛芯等諸多國內(nèi)芯片廠商也紛紛宣布加入U(xiǎn)CIe產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。
積極擁抱國際標(biāo)準(zhǔn)作為Plan A，定制屬于自己的標(biāo)準(zhǔn)是Plan B。
事實(shí)上，早在2020年8月，中科院計(jì)算所牽頭成立了中國計(jì)算機(jī)互連技術(shù)聯(lián)盟（CCITA），重點(diǎn)圍繞Chiplet小芯片和微電子芯片光I/O成立了2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工作組，并于2021年6月在工信部中國電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會立項(xiàng)了《小芯片接口總線技術(shù)》《微電子芯片光互連接口技術(shù)》2項(xiàng)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。小芯片接口標(biāo)準(zhǔn)制定，目前集結(jié)了國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈上下游六十多家單位共同參與研究。
上周五，中國自建的Chiplet技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（《小芯片接口總線技術(shù)要求》 ）正式發(fā)布，這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)描述了CPU、GPU、人工智能芯片、網(wǎng)絡(luò)處理器和網(wǎng)絡(luò)交換芯片等應(yīng)用場景的小芯片接口總線（Chiplet）技術(shù)要求，包括總體概述、接口要求、鏈路層、適配層、物理層和封裝要求等，以靈活應(yīng)對不同的應(yīng)用場景、適配不同能力的技術(shù)供應(yīng)商，通過對鏈路層、適配層、物理層的詳細(xì)定義，實(shí)現(xiàn)在小芯片之間的互連互通，并兼顧了PCIe等現(xiàn)有協(xié)議的支持，列出了對封裝方式的要求。
小芯片設(shè)計(jì)不但可以使用國際先進(jìn)封裝方式，比如CoWoS，也可以充分利用國內(nèi)封裝技術(shù)積累，實(shí)現(xiàn)一種或者幾種成本低廉、重點(diǎn)針對 Chiplet芯片架構(gòu)、可以覆蓋80%以上應(yīng)用場景的先進(jìn)封裝手段。
郝沁汾作為中國小芯片標(biāo)準(zhǔn)的主要發(fā)起人和起草人，他在談到中國發(fā)布的小芯片相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)指出：中國的小芯片標(biāo)準(zhǔn)是開放的，從標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議到參考實(shí)現(xiàn)都是開放的，實(shí)現(xiàn)參考設(shè)計(jì)所需的技術(shù)細(xì)節(jié)，我們都可以在標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中找得到。我們將圍繞這樣一套原生的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步完善標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，開發(fā)相應(yīng)的參考設(shè)計(jì)，并孵化相應(yīng)的企業(yè)，以推動我國集成電路行業(yè)圍繞Chiplet技術(shù)形成更加廣泛的社會分工。
至于中國小芯片標(biāo)準(zhǔn)與UCIe的關(guān)系，郝沁汾表示，中國小芯片標(biāo)準(zhǔn)更偏重本土化的需求，與UCIe并不是競爭關(guān)系，目前CCITA已經(jīng)在考慮和Intel UCIe在物理層上兼容，以降低IP廠商支持多種Chiplet標(biāo)準(zhǔn)的成本。（雷峰網(wǎng)(公眾號：雷峰網(wǎng))）
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