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Chiplet是昙花一现?还是国内半导体弯道超车的机会?

发布时间:2022-11-21 08:26:52 浏览:8次 责任编辑:腾盛精密

 

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前言

近年来,在几大厂商的推动下,Chiplet成为了业界的关注点。AMD EYPC系列的成功,真正让Chiplet进入主流业界视线。通过Chiplet方案中国大陆或将可以弥补目前芯片制造方面先进制程技术落后的缺陷,为国内半导体产业链带来新机遇。



Chiplet:硅片级别的IP重复使用


随着先进制程迭代到7nm、5nm、3nm,摩尔定律逐渐趋缓,先进制程的开发成本及难度提升,规模效应也开始放缓,经济效益大幅下降,引起市场怀疑。在此背景下,SoC架构缺陷日益明显,Chiplet方案可以明显改善SoC存在的问题。

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图源:雪球


Chiplet技术理念就是硅片级别的IP重复使用,将芯片的不同功能分区制作成裸芯片,再通过先进封装的形式以类似搭积木的方式实现组合,使用基于异构集成的高级封装技术,使得芯片可以绕过先进制程工艺,再用算力拓展来提高性能同时减少成本、缩短生产周期。


有了Chiplet概念以后,对于某些IP,就不需要自己做设计和生产了,而只需要买别人实现好的硅片,然后在一个封装里集成起来。未来,以Chiplet模式集成的芯片会是一个“超级”异构系统,可以为AI计算带来更多的灵活性与便利性,有助于提高芯片良率,提升设计效率,降低芯片的总成本。

 

图源:电子发烧友


Chiplet:发展历程与技术难点


从市场来看,Chiplet发展涉及整个半导体产业链,将影响到从EDA厂商、晶圆制造和封装公司、芯粒IP供应商、Chiplet产品及系统设计公司到Fabless设计厂商的产业链各个环节的参与者。


 

目前做得最好的,将Chiplet运用到市场上的是AMD。在一块芯片上,CPU用的是7nm工艺,I/0则使用的是14nm工艺。AMD2019年起全面采用Chiplet技术,与台积电等晶圆代工厂合作持续进行制程微缩通过创新芯片架构、异质整合平台、Chiplet系统级封装等创新方法在制程微缩时获得效能提升。目前,AMD已经建构了自己的Chiplet生态系统,生产了Ryzen和Epycx86处理器。

其他巨头们也不甘落后,英特尔也加入进来,免费提供了AIB(高级接口总线)接口许可,以支持Chiplet。华为于2019年推出了基于Chiplet技术的7nm鲲鹏920处理器,苹果推出采用台积电CoWos-S桥接工艺的M1 Ultra芯片,两枚M1 Max 晶粒的内部互连,实现性能飞跃。


 

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▲图源:360图片

从技术来看,随着芯片的集成度越来越高,先进工艺制程的芯片研发和制造成本呈几何级倍数不断攀升,Chiplet芯片设计模式的优势逐渐展露出来,其最大的优势便是可以在一个系统里集成多个不同工艺节点的硅片。

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▲图源:中航证券研究所

Chiplet模式的基础是先进的封装技术,必须能够做到低成本和高可靠性。先进封装是实现Chiplet的前提,对先进封装提出更高要求。在芯片小型化的设计过程中,需要添加更多I/O来与其他芯片接口,裸片尺寸有必要保持较大且留有空白空间,导致部分芯片无法拆分,芯片尺寸小型化的上限被pad(硅片的管脚)限制。单个硅片上的布线密度和信号传输质量远高于Chiplet之间,要实现Chiplet的信号传输,就要求发展出高密度、大带宽布线的“先进封装技术”。

目前,Chiplet的组装或封装暂时缺少统一的标准,一般会采用2.5D封装、3D封装、MCM 封装等形式对芯片进行先进封装。

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▲图源:中航证券研究所

Chiplet:规模化、商业化面临挑战

我国大陆地区芯片制造技术与台积电等巨头相比存在较大差距,国际芯片市场已进入5nm时代,而国内仅有极少数厂商可以量产14nm芯片。美国为遏制我国半导体产业发展,先后将国内多家半导体厂商列入实体清单,依靠进口已无法支撑我国半导体产业发展,必须实现高端芯片自主生产。

从我国市场来看,Chiplet成为芯片行业弥补高端芯片制造实力不足的重要手段。我国高端芯片进口替代空间巨大,多家半导体企业发现Chiplet市场前景,纷纷进入布局。与英特尔、AMD等国际巨头相比,我国进入Chiplet行业布局的企业规模偏小,实力不足,单一企业难以打造Chiplet完整生态链,多家企业分工合作是我国Chiplet行业发展的重要方向。

 

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▲图源:AMD

从国际市场来看,Chiplet已经成为解决摩尔定律失效问题的有效方案,半导体与互联网行业巨头纷纷进入布局,2022年3月,多个巨头组成UCIe产业联盟,以推动Chiplet规范化发展。

Chiplet迎来发展机遇,但作为一种新型封装工艺,其规模化生产仍面临着挑战。目前,Chiplet尚未实现商业化,仅有少数头部晶圆代工厂进行尝试,何时能够实现商业化生产尚未确定。

Chiplet:绕过先进制程,从而弯道超车

在当前,发展先进制程外部受限的环境下,发展先进封装部分替代追赶先进制程,应是国内半导体行业发展逻辑之一。通过Chiplet方案弥补目前芯片制造方面先进制程技术落后的缺陷,为国内半导体产业链带来新机遇。对于国内半导体企业来说,抓住先进封装技术,是个弯道超车的窗口。

先进封装概念股大涨,不少个股也是涨停,先进封装还是属于半导体集成电路范畴,是表现比较强势的一个概念,领涨两市。总的来看,国产化是国内半导体行业的关键投资逻辑,近期板块半导体板块的强势,但是长期来看国产替代是关键。国内外最会做大芯片的企业都在重视Chiplet,国内还不太会做大芯片,就更要重视小芯片(Chiplet)了。


▲图源:中航证券研究所


在Chiplet的投资方向上,建议关注布局先进封装技术的封测企业以及供应链相关设备材料厂商,如通富微电、长电科技、华天科技、同兴达、大港股份等。


 

Tensun腾盛近年来聚焦全球先进封装技术及封测行业最新进展,与行业大咖积极商讨SiP晶圆级封装与先进封测领域的技术创新,持续关注Chiplet、异构集成、2.5D/3D IC、晶圆级SiP、AI赋能等议题热点,深耕点胶/划片领域,为客户提供系统级封装解决方案。


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声明:本文部分内容参考出处有:

1.「半导体芯片先进封装——CHIPLET」,来源:电子发烧友

2.「支持Chiplet的底层封装技术」,来源:电子发烧友

3.「后摩尔时代时代,Chiplet与先进封装风云际会」,来源: 中航证券发布研究报告

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