趋势二、Chiplet

Chiplet 的互联标准将逐渐统一，重构芯片研发流程。

摘要

Chiplet 是硅片级别的“解构 - 重构 - 复用”，它把传统的 SoC 分解为多个芯 粒模块，将这些芯粒分开制备后再通过 互联封装形成一个完整芯片。芯粒可以 采用不同工艺进行分离制造，可以显著 降低成本，并实现一种新形式的 IP 复用。 随着摩尔定律的放缓，Chiplet 成为持续 提高 SoC 集成度和算力的重要途径，特 别是随着 2022 年 3 月份 UCle 联盟的成 立，Chiplet 互联标准将逐渐统一，产业 化进程将进一步加速。基于先进封装技 术的 Chiplet 可能将重构芯片研发流程， 从制造到封测，从 EDA 到设计，全方位 影响芯片的区域与产业格局。

趋势解读

自1965 年摩尔定律首次被提出以 来，集成电路产业一直遵循着摩 尔定律向前发展。直到近几年，随着晶体 管尺寸逼近材料的物理极限，工艺节点进 步的花费已难以承受，芯片性能的提升也 不再显著，摩尔定律接近极致。在此背景 下，Chiplet（芯粒）技术逐渐崭露头角， 有望成为产业界解决高性能、低成本芯片 需求的重要技术路线。

Chiplet 创新了芯片封装理念。它把 原本一体的 SoC（System on Chip，系统 级芯片）分解为多个芯粒，分开制备出这 些芯粒后，再将它们互联封装在一起，形 成完整的复杂功能芯片。这其中，芯粒可 以采用不同的工艺进行分离制造，例如对 于 CPU、GPU 等工艺提升敏感的模块， 采用昂贵的先进制程生产；而对于工艺提 升不敏感的模块，采用成熟制程制造。同 时，芯粒相比于 SoC 面积更小，可以大 幅提高芯片的良率、提升晶圆面积利用率， 进一步降低制造成本。此外，模块化的芯 粒可以减少重复设计和验证环节，降低芯 片的设计复杂度和研发成本，加快产品的 迭代速度。Chiplet 被验证可以有效降低 制造成本，已成为头部厂商和投资界关注 的热点。

Chiplet 的技术核心在于实现芯粒间 的高速互联。SoC 分解为芯粒使得封装难 度陡增，如何保障互联封装时芯粒连接工 艺的可靠性、普适性，实现芯粒间数据传 输的大带宽、低延迟，是 Chiplet 技术研 发的关键。此外，芯粒之间的互联特别是 2.5D、3D 先进封装会带来电磁干扰、信 号干扰、散热、应力等诸多复杂物理问题， 这需要在芯片设计时就将其纳入考虑，并 对 EDA 工具提出全新的要求。

近年来，先进封装技术发展迅速。 作 为2.5D、3 D封装关键技术的TSV （Through Silicon Via，硅通孔）已可以 实现一平方毫米100万个TSV。封装技术 的进步，推动Chiplet应用于CPU、GPU等 大型芯片。2022年3月，多家半导体领军 企业联合成立了UCIe（Universal Chiplet  Interconnect Express，通用Chiplet高速 互联联盟）。Chiplet互联标准有望逐渐实 现统一，并形成一个开放性生态体系。

面向后摩尔时代，Chiplet 可能将是 突破现有困境最现实的技术路径。Chiplet 可以降低对先进工艺制程的依赖，实现与 先进工艺相接近的性能，成为半导体产业 发展重点。从成本、良率平衡的角度出发， 2D、2.5D 和 3D 封装会长期并存；同构 和异构的多芯粒封装会长期并存；不同的 先进封装和工艺会被混合使用。Chiplet 有 望重构芯片研发流程，从制造到封测，从 EDA 到设计，全方位影响芯片产业格局。

专家点评

Chiplet 技术是提高芯片集成度、节约芯片成本、实现晶粒（die）级可重用的最重要的方法。未来，Chiplet 技术 将在高性能计算、高密度计算等领域发挥着重要作用。先进的 Chiplet 技术将继续由代工厂主导，混合使用 2D、2.5D、 3D 等先进封装技术将进一步提高产品性价比与竞争力。

王海洋

象帝先计算技术有限公司副总裁