【编者按】行将过去的2022年，半导体行业依然在应战中前行。后疫情时期、行业下行、地缘政治等要素仍深化地影响着全球半导体产业链及生态。2023年全球半导体行业如何展开？新的应战又会从何而来？为了厘清这些问题，集微网特推出【2022-2023专题】，盘绕抢手技术和产业，就产业链展开态势、热点话题及未来瞻望做一详实的总结及梳理，旨为在行业中奋进的上下游企业提供能够参考的镜鉴。 集微网报道（文/朱秩磊）随着先进工艺迫近物理极限，昂扬的研发费用和消费成本，性能提升未能继续等比例持续，良率低下产能缺乏等瓶颈，使得先进封装以及Chiplet（芯粒）掀起后摩尔时期新一轮半导体技术演进。2022年以来，全球产业范围内在Chiplet范畴均取得了长足的展开，成为该技术兴起的元年。 UCIe联盟降生，Chiplet展开进入快车道 异构集成的先进封装毫无疑问曾经成为后摩尔时期推进半导体产业向前展开的最重要引擎之一。基于Chiplet的设计措施已被证明是十分合适于超大算力芯片的设计完成思绪和工程理论措施，AMD、英特尔、AWS等行业领军企业均在其数据中心CPU上采用了Chiplet技术以完成量产，苹果2022年3月发布的M1 Ultra设计，以及英伟达Grace CPU超级芯片也采用了Chiplet理念。 Gartner预测，基于Chiplet的半导体器件销售收入将从2020年的33亿美圆增长到2024年的505亿美圆，复合年增长率高达98%，超越30%的SiP封装将运用Chiplet来优化成本、性能和上市时间。届时，在Chiplet市场机遇中将有60%为智能手机和效劳器应用，而用于PC和效劳器终端的基于Chiplet的计算MPU销售收入将超越220亿美圆。集微咨询（JW Insights）以为，高性能效劳器/数据中心、自动驾驶、笔记本/台式电脑、高端智能手机等将在未来几年成为Chiplet的主要应用场景，引领该市场增长。 在此背景下，2022年3月2日，英特尔、AMD、Arm、高通、微软、谷歌、Meta、台积电、日月光、三星等十家行业巨头正式成立通用芯粒互连（Universal Chiplet Interconnect Express，UCIe）产业联盟，携手推进Chiplet接口规范的规范化，推进Chiplet走上了展开的快车道。固然当时苹果和英伟达并未在UCIe联盟中，但例如英伟达的NVLink-C2C仍与UCIe有着异曲同工之妙，支持定制裸片与GPU、CPU、DPU、NIC、SoC完成互连。 能够说，由于应用和实践场景的多样性，目前 Chiplet封装范畴呈现出百花齐放的局面。Chiplet的中心是完成芯片间的高速互联，同时统筹多芯片互联后的重新布线。因而，UCIe联盟在细致的封装方式上未对成员做出严厉限制，依据其发布的 Chiplet白皮书，UCIe联盟支持了市面上主流的四种封装方式，分别为：1）规范封装：将芯片间的金属连线埋入封装基板中。2）应用硅桥衔接芯片，并将硅桥嵌入封装基板中，如：Intel EMIB计划。3）运用硅中介层（Si Interposer）衔接芯片并中止重新布线，再将硅中介层封装到基板上，如：台积电CoWoS计划。4）运用扇出型中介层中止重布线，仅在芯片衔接处运用硅桥衔接，如：日月光FOCoS-B计划。
UCIe联盟成员共分为三个级别，分别是发起人、贡献者（Contributor）和采用者（Adopter），发起人由董事会组成并具有指导作用，贡献者和发起者公司能够参与工作组，而采用者只能看到最终规范并取得学问产权维护，联盟目前仅开放后两个会员级别申请。 从UCIe宣布的首批开创会员企业能够看出，国际巨头在这一新兴范畴再次占领了主导位置。不外联盟成立不久后，已有十多家国内半导体企业相继宣布参与该联盟，包含芯原、芯耀辉、芯和半导体、芯动科技、芯云凌、长芯存储、长电科技、超摩科技、奇特摩尔、牛芯半导体、OPPO、灿芯、芯来科技、通富微电、合见工软等等。 截至8月初，UCIe联盟曾经具有60多家公司，而8月2日UCIe宣布阿里巴巴和英伟达新当选董事会成员，标记着该联盟生态进入一个新的里程碑，阿里巴巴也成为首家参与UCIe董事会的大陆企业。 中国Chiplet技术规范发布，仍面临重重应战 Chiplet技术的竞争是生态之争，规范是焦点，平台是竞争力的基础。 为了应对Chiplet设计中所面临的应战，行业呈现了几种不同的规范。但是当前阶段UCIe是独一具有完好裸片间接口堆栈的规范，其他规范都没有为协议栈提供完好裸片间接口的全面规范，大多仅关注在特定层。而且UCIe支持2D、2.5D和桥接封装，估量未来还会支持3D封装。 不难发现，UCIe联盟推出的基于英特尔和台积电技术的Chiplet规范，我国企业简直只能作为contributor member，没有话语权。因而，在地缘政治抵触的阴影下，“规范有国界”的警钟也再次敲响，在重要性日积月累的Chiplet范畴，国内产业树立自己的Chiplet规范的呼声不绝于耳。 早在2020年8月，中科院计算所就牵头成立了中国计算机互连技术联盟（CCITA），重点盘绕Chiplet小芯片和微电子芯片光I/O成立了2个规范工作组。 2021年6月在工信部中国电子工业规范化技术协会立项了《小芯片接口总线技术》《微电子芯片光互衔接口技术》2项团体规范。 2022年12月16日，中国首个原生Chiplet技术规范正式经过了工信部中国电子工业规范化技术协会的审定并发布。该规范描画了CPU、GPU、人工智能芯片、网络处置器和网络交流芯片等应用场景的小芯片接口总线（Chiplet）技术请求，包含总体概述、接口请求、链路层、适配层、物理层和封装请求等，以灵活应对不同的应用场景、适配不同才干的技术供给商，经过对链路层、适配层、物理层的细致定义，实往常小芯片之间的互连互通，并统筹了PCIe等现有协议的支持，列出了对封装方式的请求。
《小芯片接口总线技术》规范概略 图源：中国计算机互连技术联盟 这是首个由中国集成电路范畴相关企业与专家共同制定的《小芯片接口总线技术请求》团体规范，对中国集成电路产业持续“摩尔定律”，突破先进制程工艺限制具有重要意义。 中国计算机互连技术联盟（CCITA）秘书长、中国小芯片规范的主要发起人和起草人郝沁汾指出，中国的Chiplet规范是开放的，从规范的协议到参考完成都是开放的，完成参考设计所需的技术细节，都能够在规范协议中找得到。联盟将盘绕这样一套原生技术规范，进一步完善规范内容，开发相应的参考设计，并孵化相应的企业，以推进我国集成电路行业盘绕Chiplet技术构成愈加普遍的社会分工。同时CCITA曾经在思索和Intel UCIe在物理层上兼容，以降低IP厂商支持多种Chiplet规范的成本。 固然Chiplet在持续摩尔定律的“经济效益”方面被寄予厚望，不外其前路依旧面临着不少障碍，包含互连技术、集成封装技术、供电散热、测试技术、架构技术和设计措施学等方面仍存在诸多应战，对国内半导体产业而言，同时还面临着以下问题与应战： 1，制造才干同国外还存在差距，先进封装技术水平需进一步提升； 2，国内短少普遍接受的统一的Chiplet规范，多种规范分散，不利于构成合力，糜费产业资源； 3，国内产业链谐和联动不够，企业展开Chiplet产品研制需多方谐和，自己弥合产业链，限制了技术创新的快速展开； 4，Chiplet技术难度高，中小企业面临较高的门槛，既短少相关阅历，又无法独立承担大量的技术攻关，产业生态树立刻不容缓； 5，部分EDA工具，高性能芯粒间互衔接口、测试技术等关键技术存在空白。 Chiplet技术展开具有内生性的生态化需求，规范和共性技术供给是产业生态展开的基础，平台化的设计措施是Chiplet技术成熟的重要标记。 无论如何，在刚过去的2022年，国际、国内半导体产业“Chiplet元年”的任务已圆满完成，接下来，Chiplet技术和生态的起飞，还需产业链各个环节的厂商更积极地完成技术突破和提高，进而推进各环节价值重塑。 |
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