中國大陸是否有必要構(gòu)建自己的Chiplet標(biāo)準(zhǔn)

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道(文/吳子鵬)3月初的時(shí)候，英特爾、AMD、Arm、高通、臺(tái)積電、三星、日月光、谷歌云、Meta、微軟等行業(yè)巨頭組建了一個(gè)Chiplet標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟，并制定了一套通用的Chiplet高速互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)“Universal Chiplet Interconnect Express”(簡稱：UCIe)。

Chiplet標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟的成立是一件意料之中的事情，而這個(gè)聯(lián)盟的初始創(chuàng)建沒有大陸芯片公司同樣不會(huì)讓人感到意外。雖然已經(jīng)有芯原股份宣布加入了這個(gè)聯(lián)盟，但該聯(lián)盟由誰主導(dǎo)也是顯而易見的。在當(dāng)前的國際競爭格局下，大陸芯片產(chǎn)業(yè)是一個(gè)特殊的存在，被美歐日韓等半導(dǎo)體巨頭處處提防。

那么，大陸是否有必要去構(gòu)建一套自己的Chiplet標(biāo)準(zhǔn)呢?讓我們通過常用的SWOT分析法，來具體看一下這種做法的可行性和利弊。

Chiplet需要標(biāo)準(zhǔn)

Chiplet的中文名是芯粒或者小芯片。通過下圖能夠看到，Chiplet這項(xiàng)技術(shù)有四個(gè)核心的構(gòu)成部分，分別是基礎(chǔ)功能芯片、具備特定功能的裸片(die)、die-to-die內(nèi)部互聯(lián)技術(shù)以及特定的封裝技術(shù)。

圖源：ODSA工作組

Chiplet的好處是顯而易見的。首先，die的復(fù)用能夠降低系統(tǒng)復(fù)雜度，降低研發(fā)成本;其次，芯片性能的提升不再是只能依靠摩爾定律;第三，功能單元模塊化提高了芯片的制造良率，進(jìn)而降低制造成本;第四，Chiplet給了封裝產(chǎn)業(yè)一個(gè)明確的創(chuàng)新方向。英特爾首席架構(gòu)師沙爾瑪在UCIe聯(lián)盟官網(wǎng)發(fā)布的白皮書中這樣總結(jié)Chiplet的商業(yè)價(jià)值，“從設(shè)計(jì)角度看，能夠有效降低投資，節(jié)省不必要的跨工藝節(jié)點(diǎn)IP移植成本，縮短產(chǎn)品上市周期;從制造角度看，有利于制造環(huán)節(jié)良率控制、產(chǎn)能爬坡;從產(chǎn)品角度看，不同計(jì)算、存儲(chǔ)、I/O芯片(die)的靈活組合，使敏捷芯片定制成為可能?！?/p>

那么很顯然，Chiplet是需要一套通用標(biāo)準(zhǔn)的，關(guān)于die的尺寸，關(guān)于die-to-die如何互聯(lián)，關(guān)于封裝后的接口IP如何布局，關(guān)于如何部署測試機(jī)臺(tái)等等。如果沒有標(biāo)準(zhǔn)，Chiplet便會(huì)成為一次又一次的ASIC設(shè)計(jì)，省不下多少功夫，更形不成規(guī)模產(chǎn)業(yè)，也就不是一門好生意。

比如，現(xiàn)階段AMD和蘋果會(huì)采用Chiplet的方式去構(gòu)建芯片，雖然明面上看著成本會(huì)有所下降，因?yàn)楹芏喙δ軉卧谴饲熬驮O(shè)計(jì)好的，但背后的IC設(shè)計(jì)、封裝和測試成本都非常高。并且，在沒有標(biāo)準(zhǔn)的情況下，選定了哪一家的die就真的是選定了，后面看到了更好的也換不起，因?yàn)橐粋€(gè)功能單元的替換，可能就意味著整顆芯片的重新設(shè)計(jì)。

在摩爾定律明顯放緩的當(dāng)下，Chiplet一定是產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢，但是要讓Chiplet成為一個(gè)規(guī)模產(chǎn)業(yè)，標(biāo)準(zhǔn)是必不可少的。

但是，以美國為首的國際半導(dǎo)體廠商當(dāng)然不想有大陸芯片公司在所謂的“開放”的UCIe標(biāo)準(zhǔn)中起到主導(dǎo)作用，那么大陸是否要自己搞一套呢?接下來進(jìn)入SWOT分析環(huán)節(jié)。

大陸建Chiplet標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢(S)

美國有蘋果、英特爾和AMD等公司搞Chiplet，大陸也并非只能在邊上看著不做事，實(shí)際上華為此前就公布過“芯片堆疊技術(shù)”相關(guān)的專利，其實(shí)就是Chiplet類似的技術(shù)，清華大學(xué)微電子所所長、中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)副理事長魏少軍教授也曾多次在公開演講中提到過芯片封裝從2.5D向3D的演進(jìn)，芯原股份創(chuàng)始人、董事長兼總裁戴偉民博士更是力推Chiplet，大陸其實(shí)更早之前就成立過Chiplet聯(lián)盟，說明大陸的科技公司以及從業(yè)者是重視Chiplet的。

如果大陸自己建一套Chiplet標(biāo)準(zhǔn)，是否有自己的優(yōu)勢所在?

我想大陸的優(yōu)勢主要會(huì)有兩點(diǎn)，其一是大陸現(xiàn)階段已經(jīng)擁有從IC設(shè)計(jì)到封裝測試這樣完備的產(chǎn)業(yè)鏈基礎(chǔ)，且大陸在封裝環(huán)節(jié)的實(shí)力處于全球領(lǐng)先水平。當(dāng)前，大陸在封裝環(huán)節(jié)擁有長電科技、通富微電、華天科技三大龍頭企業(yè)，根據(jù)2021年Q1的公開營收數(shù)據(jù)，三家廠商均是全球前十的水平，其中長電科技排名第三位。

其二是大陸擁有更好的應(yīng)用市場，通過上方ODSA工作組分享的Chiplet概念圖可以看到，Chiplet是在芯片設(shè)計(jì)制造環(huán)節(jié)提出了一個(gè)可行路線，而其還需要軟件、設(shè)計(jì)工具等的配合，最后應(yīng)用到終端市場。那么，終端市場具有一定規(guī)模且明確的需求便能夠促進(jìn)Chiplet的發(fā)展，對(duì)基于此打造出來的系統(tǒng)級(jí)芯片有帶動(dòng)作用。

大陸建Chiplet標(biāo)準(zhǔn)的劣勢(W)

在探討大陸自己建Chiplet標(biāo)準(zhǔn)的劣勢之前，我們看一下另一張圖片。下圖來自UCIe聯(lián)盟的示意圖，就像我們上面提到的，這里面會(huì)有基礎(chǔ)的核心芯片，也會(huì)有一些特定功能的die，以及各種連接協(xié)議，包括芯片內(nèi)部的和外部的。

圖源：UCIe聯(lián)盟

那么大陸芯片產(chǎn)業(yè)的劣勢就顯露出來了。由于大陸現(xiàn)階段芯片制造工藝和核心芯片的性能都不強(qiáng)，因此可以說基礎(chǔ)不牢靠，Chiplet主要面向高性能的系統(tǒng)級(jí)芯片，那么在高性能這一點(diǎn)上大陸芯片產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀還不達(dá)標(biāo)。其實(shí)大陸現(xiàn)在能夠達(dá)到國際領(lǐng)先水平的芯片并不多，大部分芯片還混跡在中低端，那么die的性能也會(huì)拖后腿。

另外還有我們常常提到的IP和EDA環(huán)節(jié)，下圖是AMD在介紹Chiplet技術(shù)時(shí)用到的示意圖，很顯然Chiplet這種組裝的方式在單個(gè)功能塊上的制造難度會(huì)顯著降低，但在系統(tǒng)層面還是需要將這些功能塊組合起來，并且可能出現(xiàn)3D堆疊的效果，這需要更加智能化的EDA工具和IP支持，但這一塊長期以來都是國內(nèi)的薄弱環(huán)節(jié)。

圖源：AMD

因此，國際EDA工具提供商是否配合大陸的Chiplet標(biāo)準(zhǔn)也是一個(gè)問題。

大陸建Chiplet標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)會(huì)(O)

SWOT中的“O”代表機(jī)會(huì)，通常是分析外部環(huán)境，在此我們可以提一下目前的大環(huán)境。

Chiplet的好處顯而易見，一定是一個(gè)產(chǎn)業(yè)趨勢，且必將在芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)揮重要的作用，這是毋庸置疑的，因此擁抱Chiplet也就成為一個(gè)必然的結(jié)果。而目前的國際形勢也表明，傳統(tǒng)的國際半導(dǎo)體巨頭并不想帶著我們一起玩，這些積極的和消極的因素都提供了大陸自己搞Chiplet標(biāo)準(zhǔn)的契機(jī)。

在機(jī)會(huì)這里我們必須還要重提摩爾定律失速，這也是國際半導(dǎo)體巨頭抱團(tuán)搞Chiplet標(biāo)準(zhǔn)的重要原因，在大陸芯片制造被高端***“扼住咽喉”的時(shí)候，規(guī)模量產(chǎn)10nm以下工藝的芯片看似遙遙無期，那么Chiplet這種能夠放大工藝效益的技術(shù)就應(yīng)該去搞。

另外，在大的產(chǎn)業(yè)環(huán)境里，除了講Chiplet，先進(jìn)封裝本身就是一個(gè)大方向，而Chiplet會(huì)起到積極的促進(jìn)作用，從這個(gè)層面看，大陸想穩(wěn)固芯片封裝方面的優(yōu)勢，也得參與到Chiplet中來。

大陸建Chiplet標(biāo)準(zhǔn)的威脅(T)

在SWOT分析方法中， “T”代表威脅。那么，這個(gè)“威脅”實(shí)際上就是如果我們搞了自己的Chiplet標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)面臨哪些外部的沖擊。筆者認(rèn)為，威脅可以歸結(jié)為可能存在的制裁，包括可能存在美政府要求使用美國技術(shù)的公司不為大陸Chiplet標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟成員提供產(chǎn)品和技術(shù)支持，以及對(duì)聯(lián)盟成員的其他制裁措施。

Chiplet是一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作的創(chuàng)新技術(shù)，而在這個(gè)鏈路上，大陸芯片產(chǎn)業(yè)處處存在后發(fā)的弱勢，每一項(xiàng)都可能帶來巨大的威脅。

關(guān)于Chiplet的爭論

實(shí)際上，國內(nèi)早就有Chiplet聯(lián)盟，由芯動(dòng)科技和清華大學(xué)人工智能交叉研究院發(fā)起，目標(biāo)正是推動(dòng)Chiplet技術(shù)的國產(chǎn)化進(jìn)程。據(jù)悉，目前國內(nèi)已經(jīng)制定了自己的chiplet標(biāo)準(zhǔn)草案，名為《小芯片接口總線技術(shù)要求》，由中科院計(jì)算所、工信部電子四院和國內(nèi)多個(gè)芯片廠商合作展開標(biāo)準(zhǔn)制定工作，是一個(gè)較為純粹的die-to-die連接協(xié)議，即將完成后續(xù)意見征詢、技術(shù)驗(yàn)證和發(fā)布的工作。

我們從知情人士的透露獲知，國內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)點(diǎn)是自主原生，那么必然和UCIe標(biāo)準(zhǔn)存在差異化，算是邁開了第一步。但與此同時(shí)，質(zhì)疑聲也不小，Chiplet技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)是為了讓高性能運(yùn)算芯片的成本降低，要是生硬地被走成國產(chǎn)芯片的自主化道路，是否丟掉了這項(xiàng)技術(shù)最大的價(jià)值，是否有些本末倒置?

古人云：亂世用重典，沉疴下猛藥。但古人還說過，竭澤而漁。底層基礎(chǔ)決定上層建筑，拉著國內(nèi)目前領(lǐng)先廠商搞一個(gè)自己的Chiplet標(biāo)準(zhǔn)，投入產(chǎn)出比想來不會(huì)高，且尤為重要的EDA工具由誰來配合也是一個(gè)問題。我覺得現(xiàn)階段國內(nèi)當(dāng)然要研究Chiplet技術(shù)，成立聯(lián)盟和協(xié)會(huì)都沒有問題，但并不急著搞一套自己的標(biāo)準(zhǔn)去做對(duì)抗，這樣做多少有點(diǎn)閉門造車的意思。

原文標(biāo)題：用SWOT分析法看中國大陸是否應(yīng)該制定自己的Chiplet標(biāo)準(zhǔn)

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審核編輯：湯梓紅