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真风口还是纯炒作  Chiplet概念横空出世,它是芯片行业的未来吗?

每日经济新闻 2022-08-15 23:14:41

◎西部利得基金经理陈蒙书面回复《每日经济新闻》记者表示:“先进封装与Chiplet是两个概念,但采用Chiplet时大概率会采用先进封装。”

◎陈蒙表示,芯片面积越来越大,制造难度增加,也增加了良率带来的损失。通过Chiplet设计,可以把超大型的芯片按照不同的功能模块切割成独立的小芯片,进行分开制造,这样不仅可以有效改善良率,也能够降低因为不良率而导致的成本增加。

◎头豹(上海)研究院TMT行业首席分析师刘颀认为,Chiplet化的芯粒可以采用最适合的工艺分开制造,再通过先进封装组装成一个系统芯片,不需要全部都采用先进制程在一块晶圆上进行一体化制造,这样可以极大地降低芯片的制造成本。

每经记者 朱成祥    每经编辑 魏官红    

8月1日至8月15日,仅半个月时间,大港股份(SZ002077,股价19.36元,市值112.36亿元)区间涨幅高达112.51%。半月股价翻倍,Chiplet龙头,这是大多数投资者对大港股份的印象。可大港股份自身倒是多次否认,公告称“公司未涉及Chiplet相关业务”。

8月15日,大港股份似乎“偃旗息鼓”,当日涨幅仅为2.71%。但文一科技(SH600520,股价15.63元,市值24.76亿元)实现涨停,资本市场对Chiplet的热情仍然未减。

Chiplet究竟是什么?它又有何“魔力”,被认为是延续“摩尔定律”的关键技术呢?

风起云涌的Chiplet

Chiplet,就是芯粒,也被叫做小芯片。事实上,很多Chiplet概念股,都是先进封装及先进封装产业链企业。比如大港股份,其主营业务就是集成电路封装测试和园区环保服务。

为何先进封装会和Chiplet联系在一起?8月11日,西部利得基金经理陈蒙书面回复《每日经济新闻》记者表示:“先进封装与Chiplet是两个概念,但采用Chiplet时大概率会采用先进封装。”

头豹(上海)研究院TMT行业首席分析师刘颀8月11日书面回复《每日经济新闻》记者时也表示:“2.5D、3D封装即是典型的先进封装技术,是实现Chiplet的关键步骤,通过先进封装技术才能够将不同的芯粒组成一个完整的系统芯片。”

简而言之,实现Chiplet需要使用2.5D和3D封装。陈蒙进一步以经典的2.5D封装CoWoS为例解释了Chiplet,即它是一颗Interposer(硅中介层)上放很多Die,这些Die可以被称为小芯片,这就是Chiplet。所以虽然Chiplet和3D先进封装不是同一个东西,需要通过先进封装技术,像搭积木一样把许多小芯片模块(Chiplet)集成在一起,去实现集成以后的芯片系统。

8月9日,记者曾参加壁仞科技一款GPU发布会,其产品就是使用了Chiplet技术,且通过台积电CoWoS先进封装技术实现。

图片来源:每经记者 朱成祥 摄

以上图为例,所谓的“计算芯粒”就是Chiplet,两块Chiplet使用硅中介层(即Interposer)进行连接。如此一来,两块小芯片可以实现比此前大芯片更强的性能。

Chiplet为何站上风口?

此前,芯片行业追逐的方向是先进制程。因为,先进制程可以在单位面积放置更多的晶体管,从而使功耗降低、性能提升。

不过,随着先进制程逼近物理极限,摩尔定律逐渐迎来挑战。而Chiplet可能是延续摩尔定律的重要手段。

陈蒙认为,过去半导体制程工艺基本遵循摩尔定律,晶体管特征尺寸不断缩小,单位面积集成度越来越高,芯片性能不断增强。但随着工艺制程节点继续向着更小的5nm、3nm甚至是更小级别推进,越来越逼近物理极限,不仅推进的难度越来越高,所需要付出的代价也越来越大,继续按摩尔定律推进遇到了瓶颈。

刘颀认为先进制程不仅面临物理极限,还面临经济效益边际递减的挑战。其认为,对于用户来说,摩尔定律的核心思想就是“以同样或更低的价钱买到性能更优秀的芯片”,但实际上,随着先进制程的持续推进,单位晶体管所需要付出的成本降低的速度正在持续放缓,因此在面对更高算力、更复杂场景的需求时,摩尔定律逐渐失效。

那么,在先进制程面临物理极限、经济效益边际递减双重挑战的当下,业界为何看上了Chiplet?答案是成本和良率。

事实上,近年来芯片性能的提升主要是在芯片级。为了应对先进制程遇到的问题,产业界希望从单纯依靠缩小晶体管特征尺寸来提高集成度的传统方式,转变到通过成本相对可控的系统级设计,达到和晶体管特征尺寸继续缩小相近的系统级性能。这便是Chiplet、2.5/3D先进封装等技术。

坚持Chiplet、先进封装的代表人物,便是人称“蒋爸”的台积电前COO蒋尚义;坚持先进制程的,则是现任中芯国际联合首席执行官的梁孟松。

近日,蒋尚义在“万字自述”中,讲述了他看好先进封装的原因,“图形芯片巨头英伟达是我们客户,他们之前有一个GPU搭配8个DRAM。你需要在GPU和DRAM之间来回发送很多信号。如果你看一下这个GPU和DRAM,它们之间的差距是如此之大。为什么它们隔得那么远?因为金属线很宽。如果离得太近,你无法把所有这些金属线相连。正因为如此,人们愿意付出大约30%的速度和大约60%的功耗去驱动(driving)这些线。”蒋尚义举例称。他同时表示,如果用硅片代替一块PCB,就可以将GPU和DRAM并排放置,这样其性能就会很像在同一个硅片上一样。

蒋尚义开了一个先河,从系统层面思考提升性能,而不是单纯地考虑芯片。刘颀表示,Chiplet相较于SoC,其从设计时就先按照不同的计算单元或功能单元对其进行分解,然后每个单元选择最适合的半导体制程工艺分别制造,再通过先进封装技术将各个单元彼此互联,最终集成封装为一个系统级芯片组。

那么,从系统级层面考虑问题,采用Chiplet技术有何好处?

陈蒙认为,将原来芯片级考虑的提升集成度和复杂度的理念拓展到整个电子系统的各个环节,将性能和复杂度的任务指标分散到系统几个模块去承担之后,电子系统性能和功能复杂度增长曲线重回指数型增长。

其进一步表示,芯片面积越来越大,制造难度增加,也增加了良率带来的损失。通过Chiplet设计,可以把超大型的芯片按照不同的功能模块切割成独立的小芯片,进行分开制造,这样不仅可以有效改善良率,也能够降低因为不良率而导致的成本增加。

刘颀也解释称,Chiplet化的芯粒可以采用最适合的工艺分开制造,再通过先进封装组装成一个系统芯片,不需要全部都采用先进制程在一块晶圆上进行一体化制造,这样可以极大地降低芯片的制造成本。

利好哪些细分行业?

值得一提的是,Chiplet概念也带火了诸如芯原股份(SH688521,股价62.94元,市值313.28亿元)这类芯片IP公司。Chiplet依靠先进封装实现,为何火了IP公司?

对此,陈蒙解释道:“Chiplet的本质就是不同的IP芯片化,然后搞堆叠。”其补充表示,Chiplet实现的是硅片级别的IP复用。如CPU、存储、模拟接口等就是一个一个硬件IP。如果越来越多的芯片厂商采用Chiplet的方式去做产品开发,那自然相关的IP供应商会随之受益。

刘颀也表示,Chiplet的一大特点就是IP复用,IP厂商在Chiplet技术下能够直接购买晶圆进行封装、测试,可以按模块选择性价比最高、最合适的工艺制程,同时研发上也可以减少重复支出,实现更好的成本控制和更快的产品上市时间。

除了IP厂商,另一大利好行业便是先进封装。刘颀表示,功能、连接、堆叠的多样化是先进封装的发展方向,Bumping、TSV、RDL、Interposer等连接与延展技术作为支撑,而封装形态向2.5D/3D、多裸晶/异质集成演变,是实现Chiplet的重要支撑。因此,刘颀预计,在Chiplet的发展下,掌握技术的先进封装厂商将极大获益。

封面图片来源:摄图网-400760664

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