【文/觀察者網(wǎng) 呂棟 編輯/周遠(yuǎn)方】

8月19日，在2022世界半導(dǎo)體大會暨南京國際半導(dǎo)體博覽會上，CIC灼識咨詢合伙人趙曉馬提出，隨著半導(dǎo)體行業(yè)進(jìn)入后摩爾定律時代，新集成Chiplet和新材料SiC是未來的發(fā)展方向。

其中，Chiplet在GPU、FPGA等高算力領(lǐng)域潛力巨大，2021年全球Chiplet市場規(guī)模達(dá)到18.5億美元，預(yù)計未來五年仍將以46%的年均復(fù)合增長率高速增長；新材料SiC制成的第三代功率半導(dǎo)體器件未來將在制造工藝、結(jié)構(gòu)改善方面進(jìn)一步突破，商業(yè)化進(jìn)程有望加速，2021年全球SiC器件市場規(guī)模已達(dá)84億元人民幣，預(yù)計2026年將增長到199.5億元人民幣。

基于Chiplet技術(shù)的芯片結(jié)構(gòu)示意 圖源：英特爾

Chiplet被“寄予厚望”

在集成電路早期發(fā)展中，技術(shù)進(jìn)步的主要驅(qū)動力是依靠尺寸微縮。所謂摩爾定律是指，集成電路上可以容納的晶體管數(shù)目在大約每經(jīng)過18個月到24個月便會增加一倍。換言之，處理器的性能大約每兩年翻一倍，同時價格下降為之前的一半。

從1971年到2003年，在尺寸微縮占主導(dǎo)的時代，集成電路經(jīng)歷了11代技術(shù)更新，尺寸實現(xiàn)從10微米到130納米的突破，晶體管的數(shù)量從2300增加到5.92億，但單個CPU的面積幾乎沒有增加，工藝的進(jìn)步可以給集成電路帶來很大的性能提升。在尺寸微縮的最好時期，一代技術(shù)可以為計算機(jī)帶來50%以上性能的提升，大大促進(jìn)個人電腦和服務(wù)器的發(fā)展。

當(dāng)單純依靠尺寸微縮提升芯片性能的空間變小時，則出現(xiàn)了將不同功能的電路集成在一起，依靠尺寸微縮和設(shè)計優(yōu)化兩條路提升芯片性能。SoC就是將更多性能集成在單一芯片上，促進(jìn)了手機(jī)/嵌入設(shè)備的發(fā)展。以CPU為例，單核處理器性能難以進(jìn)一步提升時，采用了多核處理器提升性能，進(jìn)一步采用了異構(gòu)多核的架構(gòu)、協(xié)處理器以及GPU架構(gòu)、專用處理器等。

不過，隨著處理器的核越來越多，芯片復(fù)雜度增加，設(shè)計周期越來越長，成本大大增加，SoC芯片驗證的時間、成本也在急劇增加，大芯片快要接近制造瓶頸，特別是一些高端處理芯片、大芯片，單純靠傳統(tǒng)的SoC這條路走下去已遭遇瓶頸，需要從系統(tǒng)層面來考慮。

圖源：灼識咨詢

灼識咨詢指出，后摩爾時代，Chiplet由于其高性能、低功耗、高面積使用率以及低成本受到廣泛關(guān)注，在延續(xù)摩爾定律的“經(jīng)濟(jì)效益”方面被寄予厚望。

Chiplet通常被翻譯為“芯?！被颉靶⌒酒薄螐淖置嬉饬x上可以理解為更為“粒度更小的芯片”。通過半導(dǎo)體制造將若干“芯?！奔桑羌兇夥庋b集成，以此形成復(fù)雜功能芯片，可以突破單芯片光刻面積的瓶頸，突破設(shè)計周期制約等。

舉例來說，在一顆7nm制程芯片中，一些次要的模塊可以用如22nm的制程做成Chiplet，再“拼裝”至7nm芯片上，原理如同搭積木一樣，這樣可以減少對7nm工藝制程的依賴。

8月初以來，包括大港股份、芯原股份、中京電子、同興達(dá)、蘇州固锝、中富電路、朗迪集團(tuán)、晶方科技、長電科技、通富微電、華天科技、華峰測控在內(nèi)的多只Chiplet概念股表現(xiàn)活躍。

基于Chiplet技術(shù)的芯片結(jié)構(gòu)示意

灼識咨詢報告指出，盡管Chiplet的標(biāo)準(zhǔn)化才剛剛起步，但它已在高性能CPU、FPGA等領(lǐng)域表現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢，未來市場空間巨大。Chiplet也已吸引英特爾和AMD等國際芯片廠商投入相關(guān)研發(fā)，在當(dāng)前SoC遭遇工藝節(jié)點(diǎn)和成本瓶頸的情況下有望發(fā)展成為一種新的芯片生態(tài)。

市場信息顯示，華為于2019年推出了基于Chiplet技術(shù)的7nm鯤鵬920處理器；AMD今年3月推出基于臺積電3D Chiplet封裝技術(shù)的服務(wù)器處理芯片；蘋果則推出了采用臺積電CoWos-S橋接工藝的M1 Ultra芯片。

中國科學(xué)院院士劉明日前在一場講座上指出，集成芯片是摩爾時代國際集成電路技術(shù)創(chuàng)新的前沿，為我國提供了一條基于自主低世代集成電路工藝研制高端芯片的新途徑?！爸袊芯薮蟮氖袌?，依靠產(chǎn)業(yè)來推動，可能也可以形成自己的標(biāo)準(zhǔn)和生態(tài)，大家倡導(dǎo)很久的硬件開源，也許會搭載這樣一個機(jī)遇得以實現(xiàn)?！?

灼識咨詢報告提到，Chiplet模式落地必須實現(xiàn)異構(gòu)芯片的集成，其中涉及兩個難點(diǎn)：異構(gòu)芯片之間的互連、集成性能的優(yōu)化，先進(jìn)封裝技術(shù)是后者的關(guān)鍵。目前行業(yè)內(nèi)主要的先進(jìn)封裝工藝有倒裝封裝、晶圓級封裝、2.5D/3D封裝以及SiP系統(tǒng)級封裝等，后三者是行業(yè)焦點(diǎn)。