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Chiplet是曇花一現?還是國內半導體彎道超車的機會?

發布時間:2022-11-21 08:26:52 瀏覽:41次 責任編輯:騰盛精密

 

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前言

近年來,在幾大廠商的推動下,Chiplet成為了業界的關注點。AMD EYPC系列的成功,真正讓Chiplet進入主流業界視線。通過Chiplet方案中國大陸或將可以彌補目前芯片制造方面先進制程技術落后的缺陷,為國內半導體產業鏈帶來新機遇。



Chiplet:硅片級別的IP重復使用


隨著先進制程迭代到7nm、5nm、3nm,摩爾定律逐漸趨緩,先進制程的開發成本及難度提升,規模效應也開始放緩,經濟效益大幅下降,引起市場懷疑。在此背景下,SoC架構缺陷日益明顯,Chiplet方案可以明顯改善SoC存在的問題。

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圖源:雪球


Chiplet技術理念就是硅片級別的IP重復使用,將芯片的不同功能分區制作成裸芯片,再通過先進封裝的形式以類似搭積木的方式實現組合,使用基于異構集成的高級封裝技術,使得芯片可以繞過先進制程工藝,再用算力拓展來提高性能同時減少成本、縮短生產周期。


有了Chiplet概念以后,對于某些IP,就不需要自己做設計和生產了,而只需要買別人實現好的硅片,然后在一個封裝里集成起來。未來,以Chiplet模式集成的芯片會是一個“超級”異構系統,可以為AI計算帶來更多的靈活性與便利性,有助于提高芯片良率,提升設計效率,降低芯片的總成本。

 

圖源:電子發燒友


Chiplet:發展歷程與技術難點


從市場來看,Chiplet發展涉及整個半導體產業鏈,將影響到從EDA廠商、晶圓制造和封裝公司、芯粒IP供應商、Chiplet產品及系統設計公司到Fabless設計廠商的產業鏈各個環節的參與者。


 

目前做得最好的,將Chiplet運用到市場上的是AMD。在一塊芯片上,CPU用的是7nm工藝,I/0則使用的是14nm工藝。AMD2019年起全面采用Chiplet技術,與臺積電等晶圓代工廠合作持續進行制程微縮通過創新芯片架構、異質整合平臺、Chiplet系統級封裝等創新方法在制程微縮時獲得效能提升。目前,AMD已經建構了自己的Chiplet生態系統,生產了Ryzen和Epycx86處理器。

其他巨頭們也不甘落后,英特爾也加入進來,免費提供了AIB(高級接口總線)接口許可,以支持Chiplet。華為于2019年推出了基于Chiplet技術的7nm鯤鵬920處理器,蘋果推出采用臺積電CoWos-S橋接工藝的M1 Ultra芯片,兩枚M1 Max 晶粒的內部互連,實現性能飛躍。


 

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▲圖源:360圖片

從技術來看,隨著芯片的集成度越來越高,先進工藝制程的芯片研發和制造成本呈幾何級倍數不斷攀升,Chiplet芯片設計模式的優勢逐漸展露出來,其最大的優勢便是可以在一個系統里集成多個不同工藝節點的硅片。

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▲圖源:中航證券研究所

Chiplet模式的基礎是先進的封裝技術,必須能夠做到低成本和高可靠性。先進封裝是實現Chiplet的前提,對先進封裝提出更高要求。在芯片小型化的設計過程中,需要添加更多I/O來與其他芯片接口,裸片尺寸有必要保持較大且留有空白空間,導致部分芯片無法拆分,芯片尺寸小型化的上限被pad(硅片的管腳)限制。單個硅片上的布線密度和信號傳輸質量遠高于Chiplet之間,要實現Chiplet的信號傳輸,就要求發展出高密度、大帶寬布線的“先進封裝技術”。

目前,Chiplet的組裝或封裝暫時缺少統一的標準,一般會采用2.5D封裝、3D封裝、MCM 封裝等形式對芯片進行先進封裝。

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▲圖源:中航證券研究所

Chiplet:規模化、商業化面臨挑戰

我國大陸地區芯片制造技術與臺積電等巨頭相比存在較大差距,國際芯片市場已進入5nm時代,而國內僅有極少數廠商可以量產14nm芯片。美國為遏制我國半導體產業發展,先后將國內多家半導體廠商列入實體清單,依靠進口已無法支撐我國半導體產業發展,必須實現高端芯片自主生產。

從我國市場來看,Chiplet成為芯片行業彌補高端芯片制造實力不足的重要手段。我國高端芯片進口替代空間巨大,多家半導體企業發現Chiplet市場前景,紛紛進入布局。與英特爾、AMD等國際巨頭相比,我國進入Chiplet行業布局的企業規模偏小,實力不足,單一企業難以打造Chiplet完整生態鏈,多家企業分工合作是我國Chiplet行業發展的重要方向。

 

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▲圖源:AMD

從國際市場來看,Chiplet已經成為解決摩爾定律失效問題的有效方案,半導體與互聯網行業巨頭紛紛進入布局,2022年3月,多個巨頭組成UCIe產業聯盟,以推動Chiplet規范化發展。

Chiplet迎來發展機遇,但作為一種新型封裝工藝,其規模化生產仍面臨著挑戰。目前,Chiplet尚未實現商業化,僅有少數頭部晶圓代工廠進行嘗試,何時能夠實現商業化生產尚未確定。

Chiplet:繞過先進制程,從而彎道超車

在當前,發展先進制程外部受限的環境下,發展先進封裝部分替代追趕先進制程,應是國內半導體行業發展邏輯之一。通過Chiplet方案彌補目前芯片制造方面先進制程技術落后的缺陷,為國內半導體產業鏈帶來新機遇。對于國內半導體企業來說,抓住先進封裝技術,是個彎道超車的窗口。

先進封裝概念股大漲,不少個股也是漲停,先進封裝還是屬于半導體集成電路范疇,是表現比較強勢的一個概念,領漲兩市。總的來看,國產化是國內半導體行業的關鍵投資邏輯,近期板塊半導體板塊的強勢,但是長期來看國產替代是關鍵。國內外最會做大芯片的企業都在重視Chiplet,國內還不太會做大芯片,就更要重視小芯片(Chiplet)了。


▲圖源:中航證券研究所


在Chiplet的投資方向上,建議關注布局先進封裝技術的封測企業以及供應鏈相關設備材料廠商,如通富微電、長電科技、華天科技、同興達、大港股份等。


 

Tensun騰盛近年來聚焦全球先進封裝技術及封測行業最新進展,與行業大咖積極商討SiP晶圓級封裝與先進封測領域的技術創新,持續關注Chiplet、異構集成、2.5D/3D IC、晶圓級SiP、AI賦能等議題熱點,深耕點膠/劃片領域,為客戶提供系統級封裝解決方案。


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聲明:本文部分內容參考出處有:

1.「半導體芯片先進封裝——CHIPLET」,來源:電子發燒友

2.「支持Chiplet的底層封裝技術」,來源:電子發燒友

3.「后摩爾時代時代,Chiplet與先進封裝風云際會」,來源: 中航證券發布研究報告

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