“芯粒”：國產(chǎn)芯片能繞開先進(jìn)制程“彎道超車”嗎？
日期：2022-10-19 21:48:18 / 人氣：332
“美國控制新規(guī)草案出臺后，很多業(yè)外人士甚至局部業(yè)內(nèi)人士都把Chiplet（芯粒）當(dāng)救命稻草了?！?0月17日，北京一家芯片公司的前端工程師李振在電話中通知記者。他所提到的美國控制新規(guī)草案，是指10月7日，美國商務(wù)部產(chǎn)業(yè)平安局最新出臺的對華半導(dǎo)體出口限制措施，其中次要內(nèi)容包括對18納米或以下的DRAM芯片、128層或以上的NAND閃存芯片和14納米或以下的邏輯芯片的出口，添加新的答應(yīng)證要求并嚴(yán)厲審查，限制美國人員在沒有答應(yīng)證的狀況下支持位于中國的某些半導(dǎo)體制造設(shè)備集成電路開發(fā)或消費(fèi)的才能。面對美國“卡脖子”措施的不時晉級，經(jīng)過Chiplet形式完成國產(chǎn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的“彎道超車”開端逐漸成爲(wèi)市場中的熱議話題，也在A股中催化出了Chiplet概念板塊，將這一生疏的名詞帶到了資本市場的投資者面前?！癈hiplet形式，可以將多個采用低工藝制程的模塊，比方22nm工藝的模塊拼裝在一同，從而到達(dá)7nm工藝芯片的功能，使得廠商可以繞開先進(jìn)制程工藝的限制?！崩钫癖硎?。Chiplet是什麼？1965年，英特爾開創(chuàng)人戈登·摩爾總結(jié)了一個趨向，即集成電路上可以包容的晶體管數(shù)目在大約每經(jīng)過18個月到24個月便會添加一倍，功能也將提升一倍，同時其價錢也會降低爲(wèi)原來的一半。這一本來是摩爾等業(yè)內(nèi)人士的經(jīng)歷之談，在經(jīng)過歸結(jié)后便逐步成了影響半導(dǎo)體行業(yè)開展至今的摩爾定律?！澳柖刹⒎亲匀灰?guī)律，應(yīng)該被視爲(wèi)對集成電路功能開展的觀測或預(yù)測。過來半個多世紀(jì)以來，半導(dǎo)體行業(yè)大致依照摩爾定律開展?！弊谱R征詢合伙人趙曉馬向記者解釋。但眼下，隨著芯片制造工藝的不時開展，依照摩爾定律進(jìn)步晶體管密度以提升芯片功能的辦法，也逐步遇到了瓶頸?！皢蝹€芯片上集成的晶體管數(shù)量從幾千個添加到十幾億個，受制于芯片尺寸的物理極限、光刻技術(shù)、隧道效應(yīng)、功耗和散熱、供電才能等成績，制造工藝從5nm晉級到3nm再到2nm，其距離都超越了2年工夫?！壁w曉馬進(jìn)一步指出，面臨摩爾定律開展趨緩，開發(fā)先進(jìn)制程的本錢及研發(fā)難度不時提升的現(xiàn)狀，半導(dǎo)體行業(yè)開端拓展新的技術(shù)道路試圖延續(xù)摩爾定律，而如今被視爲(wèi)“救命稻草”的Chiplet概念也由此提出。趙曉馬通知記者，在后摩爾時代，新集成、新資料、新架構(gòu)成爲(wèi)行業(yè)創(chuàng)新的焦點(diǎn)。而在新集成中，就包括Chiplet和先進(jìn)封裝，Chiplet由于其高功能、低功耗、高面積運(yùn)用率以及低本錢遭到普遍關(guān)注，在FPGA（可編程器件）、GPU（圖形處置器）等高功能計(jì)算市場具有很高潛力。“Chiplet，實(shí)質(zhì)上是一個設(shè)計(jì)理念，它將不同工藝、不同功用的模塊化芯片，經(jīng)過封裝和互聯(lián)等方式，像拼接樂高積木一樣用封裝技術(shù)整合在一同，構(gòu)成一顆芯片。復(fù)雜來說，Chiplet是小芯片或許說芯粒在封裝層面整合的處理方案?！鄙虾？究萍忌唐犯笨偛猛鯐躁栐诔惺芙?jīng)濟(jì)察看網(wǎng)記者采訪時表示。趙曉馬以為，Chiplet最大的特點(diǎn)就是從零碎的角度來延續(xù)“摩爾定律”的經(jīng)濟(jì)效益，器件將以多種方式集成，零碎空間內(nèi)的功用密度將繼續(xù)增長?！笆紫龋珻hiplet可提供較大的功能功耗優(yōu)化空間，支持面向特定范疇的靈敏定制。其次，無效提升信號傳輸質(zhì)量和帶寬。第三，應(yīng)用小芯片（具有絕對低的面積開支）低工藝和高良率的特性，可以無效降低本錢。第四，可以無效延長芯片的研發(fā)周期及節(jié)省研發(fā)投入，并降低研制風(fēng)險(xiǎn)?！壁w曉馬補(bǔ)充說。在王曉陽眼中，Chiplet作爲(wèi)一條跨越摩爾定律的技術(shù)途徑，對產(chǎn)業(yè)鏈上IP（可復(fù)用設(shè)計(jì)模塊）企業(yè)、先進(jìn)封裝企業(yè)、晶圓企業(yè)來說，不亞于是一次反動性的改動。“以前的SoC（零碎級芯片）設(shè)計(jì)辦法學(xué)中IP曾經(jīng)設(shè)計(jì)成可以復(fù)用的，但是構(gòu)成SoC原型設(shè)計(jì)當(dāng)前該走的軟硬件協(xié)同驗(yàn)證、后端與物理設(shè)計(jì)、流片制造的流程一個也少不了。”王曉陽通知記者?！凹偃缡荂hiplet的話，只需求間接做一次封裝加工就可以用起來，其復(fù)用水平遠(yuǎn)超越如今的IP?！彼M(jìn)一步解釋。Chiplet形式所具有的諸多劣勢，讓各類芯片廠商紛繁放慢本身在這一范疇的技術(shù)布局。就在往年3月，包括英特爾、AMD、臺積電在內(nèi)的10家集成電路范疇的頭部廠商發(fā)起成立了UCIe產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟 (Universal Chiplet Interconnect Express) ，旨在進(jìn)一步減速Chiplet生態(tài)的開展，制定行業(yè)間的互聯(lián)規(guī)范，其中也包括多家中國大陸半導(dǎo)體企業(yè)，例如芯原股份、芯和半導(dǎo)體、長電科技、燦芯半導(dǎo)體等。據(jù)市場研討機(jī)構(gòu)Omdia測算，2021年全球Chiplet市場規(guī)模已到達(dá)18.5億美元，估計(jì)將來五年仍將以46%的年均復(fù)合增長率高速增長，到2035年全球Chiplet市場規(guī)模或?qū)⒊?70億美元。國產(chǎn)IP設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)受害“目前在布局Chiplet范疇的A股上市企業(yè)有兩類，辨別是IP設(shè)計(jì)企業(yè)、先進(jìn)封裝與封測設(shè)備企業(yè)。其中，IP設(shè)計(jì)范疇的代表企業(yè)是芯原股份（688521.SH），封裝范疇的代表企業(yè)有通富微電（002156.SZ）及長電科技（600584.SH）。”滬上一家大型券商的電子首席剖析師王泓通知經(jīng)濟(jì)察看網(wǎng)記者。記者理解到，Chiplet實(shí)質(zhì)上是一種異構(gòu)集成，行將不同制程、不異性質(zhì)的芯片整合在一同，由此也給芯片商品帶來了三大應(yīng)戰(zhàn)，辨別是：芯片帶寬不分歧招致的信號傳輸不波動、Chiplet互連不間接招致的功耗不均衡、Chiplet的堆疊招致的散熱成績?！跋冗M(jìn)封裝是處理Chiplet異構(gòu)集成的關(guān)鍵方式，目前行業(yè)內(nèi)次要的先進(jìn)封裝工藝有倒裝封裝、晶圓級封裝、2.5D/3D封裝以及零碎級封裝等，尤其后三者是行業(yè)焦點(diǎn)?！摆w曉馬指出。作爲(wèi)封測范疇領(lǐng)軍公司的通富微電在往年的半年報(bào)中，曾披露表示：“企業(yè)經(jīng)過在多芯片組件、集成扇出封裝（晶圓級封裝的一種方式）、2.5D/3D 等先進(jìn)封裝技術(shù)方面的提早布局，可爲(wèi)客戶提供多樣化的 Chiplet封裝處理方案，并且已爲(wèi)AMD大規(guī)模量產(chǎn) Chiplet 商品?！遍L電科技也在9月25日于上證e互動回復(fù)投資者稱：“得益于集團(tuán)全資子企業(yè)星科金朋在Chiplet 相關(guān)技術(shù)范疇積聚的臨時量產(chǎn)經(jīng)歷和少量專利，企業(yè)目前擁有用于Chiplet封裝的超大尺寸FCBGA（倒裝芯片封裝）封裝技術(shù)才能，多層芯片超薄堆疊及互聯(lián)技術(shù)才能，與極高密度多維扇出型（一種降低尺寸與本錢的封裝工藝）異構(gòu)集成技術(shù)才能，正在繼續(xù)推進(jìn)該技術(shù)的消費(fèi)使用和客戶商品的導(dǎo)入?！倍谠缜?月份的一場網(wǎng)絡(luò)調(diào)研中，長電科技方面就曾表示，企業(yè)2021年先進(jìn)封裝包括除打線與測試外的其他封裝方式，支出占比已達(dá)60%以上。不過，從上述兩家企業(yè)的財(cái)務(wù)表現(xiàn)看，先進(jìn)封裝的使用，尚未改動其營收規(guī)模較小、盈利才能較弱的現(xiàn)狀。依據(jù)長電科技2022年半年報(bào)披露，2022年1月份至6月份，長電科技完成營業(yè)支出155.94億元，同比增長12.85%；完成扣非凈利潤僅14.09億元，同比增長50.14%，這一數(shù)據(jù)相比去年同期217.62%的增速程度已是大幅放緩。而通富微電的狀況則更不悲觀，該企業(yè)往年上半年完成營業(yè)支出95.67億元，同比增長34.95%；完成扣非凈利潤僅3.65億元，同比下降14.23%。關(guān)于盈利程度的下降，通富微電在半年報(bào)中歸結(jié)于“受匯率動搖影響”?！坝捎诩夹g(shù)含量較低，關(guān)于封測行業(yè)，盈利才能較弱不斷是個繞不開的話題，但從臨時來看，先進(jìn)封裝無望改動這一現(xiàn)狀，隨著Chiplet技術(shù)的繼續(xù)落地，先進(jìn)封裝無望給行業(yè)內(nèi)企業(yè)提供充足生長動能。”王泓通知記者。此外，王泓指出，相較于封測范疇，國產(chǎn)IP設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)在Chiplet的疾速開展中受害會更多。所謂芯片IP，即指芯片中事后設(shè)計(jì)、驗(yàn)證好的功用模塊，這些模塊在芯片設(shè)計(jì)進(jìn)程中可被重復(fù)運(yùn)用，因而，業(yè)內(nèi)也有觀念將Chiplet技術(shù)稱爲(wèi)不同芯片IP間的組合。“打個抽象地比喻，芯片設(shè)計(jì)企業(yè)需求做滿漢全席，而IP就可以看成是一道菜的菜譜，通知他這道菜該怎樣做，而Chiplet則可以看成是這道菜的預(yù)制菜，芯片設(shè)計(jì)企業(yè)僅需求復(fù)雜加熱即可上桌?！蓖鯐躁柾ㄖ浾摺！氨确轿覀兪亲龈咚倩ヂ?lián)的IP，可以提供應(yīng)芯片設(shè)計(jì)企業(yè)，我們既可以銷售IP的方式（菜譜），也可以把IP做成Chiplet商品硬件化（預(yù)制菜），提供應(yīng)客戶?！彼M(jìn)一步向記者解釋說。趙曉馬指出，傳統(tǒng)單片零碎設(shè)計(jì)方式是從不同的IP供給商處購置IP，結(jié)合自研模塊集成，而在Chiplet形式下只需求購置供給商消費(fèi)好的Chiplet小芯片，將其封裝構(gòu)成零碎芯片即可?！癈hiplet是新的硅片級IP重用形式，在工藝選擇、架構(gòu)設(shè)計(jì)上都具有靈敏性，優(yōu)化了IP硬核（已成型的功用模塊）無法修正招致的復(fù)用困難和運(yùn)用范圍較窄的成績?！彼饰龇Q。王曉陽通知經(jīng)濟(jì)察看網(wǎng)記者，其所在企業(yè)的IP商品曾經(jīng)成功在一些知名廠商的7納米以上工藝節(jié)點(diǎn)失掉驗(yàn)證并完成量產(chǎn)，目前商品已能涵蓋從12nm到180nm的根底庫IP，7nm到110nm的接口類IP，以及模仿IP和定制效勞?！澳壳拔覀兊难邪l(fā)團(tuán)隊(duì)﹐正在集中力氣自主研發(fā)14／12納米及以下的先進(jìn)工藝IP。”王曉陽進(jìn)一步補(bǔ)充說。李振則通知記者，目前數(shù)據(jù)中心、汽車電子及電腦處置器三大范疇是Chiplet技術(shù)的主流使用方向?！癈hiplet的車規(guī)級商品落地較快，國產(chǎn)的GPU（圖形處置器）、NPU（神經(jīng)處置單元）、ISP（圖像信號處置器）等IP商品曾經(jīng)被普遍使用于車載零碎當(dāng)中，比方輔佐駕駛模塊，車載大屏等等。”李振說，王曉陽亦表示，隨著汽車產(chǎn)業(yè)智能化和網(wǎng)聯(lián)化水平的不時進(jìn)步，汽車自動駕駛和智能座艙采用了復(fù)雜的SOC芯片，計(jì)算/感知/執(zhí)行都需求更快的數(shù)據(jù)傳輸才能給予支撐，而Chiplet可以大幅簡化汽車芯片迭代時的設(shè)計(jì)打工和車規(guī)流程，同時添加汽車芯片的牢靠性。國產(chǎn)IP行業(yè)的龍頭芯原股份在2022年的半年報(bào)中剖析稱：“在汽車‘缺芯’潮的背景下，群眾、福特、通用、北汽、比亞迪等傳統(tǒng)汽車制造公司和特斯拉、小鵬、蔚來、理想、零跑等新動力汽車廠商紛繁表示將要自主設(shè)計(jì)汽車芯片，這種趨向爲(wèi)集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)中半導(dǎo)體 IP 和芯片設(shè)計(jì)效勞的開展擴(kuò)展了市場空間?！币罁?jù)行業(yè)研討機(jī)構(gòu)Statista的數(shù)據(jù)顯示，2020 年全球汽車電子市場規(guī)模約爲(wèi)2180億美元，到2028年無望到達(dá)4000多億美元，增長逾80%，年復(fù)合增長8%左右。但值得留意的是，目前在IP設(shè)計(jì)范疇也照舊存在“卡脖子”的景象?！澳壳叭虼我腎P供給商來自英美，尤其是在高速互聯(lián)IP，高端CPU、GPU等中心IP范疇，國際大廠曾經(jīng)構(gòu)成了較高的技術(shù)壁壘。國際IP公司雖然正在向國際搶先IP廠商片面追逐，但行業(yè)全體底子還較爲(wèi)單薄?！蓖鯐躁柾ㄖ浾?。他指出，目前在IP范疇的國產(chǎn)化率還比擬低，在高速接口IP，高端GPU/CPU IP范疇的國產(chǎn)化進(jìn)程仍處于起步階段。海內(nèi)芯片巨頭在Chiplet范疇也較爲(wèi)搶先。在他看來，近幾年國際芯片設(shè)計(jì)的程度提高非常明顯，但更多還局限在“如何把芯片設(shè)計(jì)完成并落地”?！癐P設(shè)計(jì)屬于產(chǎn)業(yè)鏈下游，所要處理的是工程成績而不是迷信成績，而工程成績需求產(chǎn)業(yè)鏈上下游停止磨合，需求客戶協(xié)助發(fā)現(xiàn)、處理成績，以停止迭代。所以，國產(chǎn)IP只需無機(jī)會去不時嘗試、打破，是十分無機(jī)會趕超的?！蓖鯐躁栠M(jìn)一步補(bǔ)充說，繞不開的先進(jìn)制程10月7日，美國商務(wù)部產(chǎn)業(yè)平安局（BIS）再度出臺了對華半導(dǎo)體出口限制措施，旨在進(jìn)一步限制國際取得先進(jìn)計(jì)算芯片、開發(fā)和維護(hù)超級計(jì)算機(jī)以及制造先進(jìn)半導(dǎo)體的才能。在美國商務(wù)部產(chǎn)業(yè)平安局官網(wǎng)上，經(jīng)濟(jì)察看網(wǎng)記者梳理了這份控制新規(guī)的次要內(nèi)容，其中，BIS表示，將對目的地爲(wèi)中國的半導(dǎo)體制造設(shè)備且能制造契合特定規(guī)范的集成電路之物項(xiàng)，添加新的答應(yīng)證要求，答應(yīng)證的相關(guān)閾值如下：非立體晶體管構(gòu)造16nm或14nm或以下（即FinFET或GAAFET）的邏輯芯片半間距18nm或以下的DRAM存儲芯片；128層或以上的NAND閃存芯片。此外，記者還留意到有一項(xiàng)條款，將限制美國人員在沒有答應(yīng)證的狀況下支持位于中國的某些半導(dǎo)體制造設(shè)備集成電路開發(fā)或消費(fèi)的才能?！捌湔鎸?shí)10月以前，圈內(nèi)就陸續(xù)有美國要加碼制裁的風(fēng)聞了，但是在真的看到條款內(nèi)容時，我還是很詫異，這是一次全方位的封殺，我們學(xué)校一些學(xué)弟都跑來征詢我狀況怎樣樣，要不要轉(zhuǎn)專業(yè)?！崩钫裨陔娫捴型ㄖ浾摺６诿绹^續(xù)加碼限制中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的背景下，經(jīng)過Chiplet技術(shù)能繞開先進(jìn)制程限制的觀念開端風(fēng)行于市場中?！斑@種觀念大致意思是，將多個采用低工藝制程的模塊，比方22nm工藝的模塊拼裝在一同，從而到達(dá)7nm工藝芯片的功能?！崩钫裾f。在李振看來，這樣的做法邏輯上的確可行，也已有局部廠商采取了此類方案，但該方案在經(jīng)濟(jì)效益上卻存在一定成績?！斑@種方案只能說應(yīng)急，但絕不是邪道，用低工藝攢出來的商品，只能說接近先進(jìn)制程芯片的局部功能，不能夠完全到達(dá)同等功能，還會帶來本錢的上升?！彼f，王泓亦向記者表示，這種“曲線救芯”的方式，實(shí)質(zhì)上是經(jīng)過偏封裝層面的技術(shù)完成，但底層制造工藝才是決議芯片功能下限的中心要素?！肮饪緾hiplet沒方法超車，而且在Chiplet范疇我們也不搶先，你可以經(jīng)過幾個14納米模塊的聯(lián)絡(luò)把功能往上提一提，但在同等面積下，一定是比不過7nm的，先進(jìn)制程是繞不開的，所以美國如今完全不讓你買先進(jìn)制程的商品，的確給產(chǎn)業(yè)帶來不小的費(fèi)事。“王泓說。他以為，中國大陸的半導(dǎo)體行業(yè)，經(jīng)過Chiplet完成彎道超車，繞開先進(jìn)制程的說法，更像是一種心情的釋放，“最近的市場太需求一些好音訊了?！壁w曉馬也通知記者，Chiplet形式的呈現(xiàn)面前是摩爾定律越來越接近極限，在這樣的背景下，半導(dǎo)體的技術(shù)提高比原來更難也更慢了，這自身關(guān)于國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的追逐是一個好音訊。而Chiplet這個技術(shù)經(jīng)過先進(jìn)封裝來完成，不需求光刻機(jī)，這關(guān)于公司而言也是好音訊?！俺撕靡粲嵧猓覀円惨吹?，目前Chiplet這塊的競爭者是原來的頂級晶圓廠，臺積電、三星和英特爾，他們也各自有中心技術(shù)的積聚，例如臺積電的Hybrid Bonding技術(shù)，難度極高?！壁w曉馬向經(jīng)濟(jì)察看網(wǎng)記者表示。作者：杏耀注冊登錄測速平臺