芯耀輝：本土Chiplet標準更符合國內(nèi)芯片廠商現(xiàn)階段訴求

隨著近年來半導體先進工藝向3nm、2nm不斷演進，一直以來行業(yè)發(fā)展仰仗的摩爾定律開始放緩甚至停滯，通過提升晶體管密度來提高芯片性能開始遇到瓶頸。早些年Marvell提出的模塊化芯片架構概念，變身Chiplet，重新被行業(yè)重視起來。

Chiplet實際上是一種硅片級別的IP復用，將不同功能的IP模塊集成，再通過先進封裝技術將彼此互連，最終成為集成為一體的芯片組。這種像拼接樂高積木一樣，用封裝技術將不同工藝的功能模塊整合在一顆芯片上的方式，在提升性能的同時還能降低成本和提高良率。

盡管在2018年，AMD已將CPU、GPU等部件分成更小的組件組合成SoC，并成功將Chiplet技術應用于商業(yè)化產(chǎn)品中，但在當時，整個行業(yè)尚未建立起關于Chiplet芯片設計、互聯(lián)和接口的統(tǒng)一標準，例如涵蓋裸片間的完整接口堆棧，以及傳統(tǒng)封裝過渡到2.5D封裝的標準。因此，Chiplet技術在大范圍應用發(fā)展上受到了一定限制。

直到2022年，UCIe（Universal Chiplet Interconnect Express）產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的成立，提供開放的Chiplet互連協(xié)議UCIe 1.0，才在芯片封裝層面和接口堆棧層面確立了互聯(lián)互通的統(tǒng)一標準。

圖自：UCIe

雖然UCIe成立后不久，芯耀輝、芯原等就成為首批加入的中國企業(yè)，但也有人擔心UCIe標準中明確支持的CXL和PCIe互聯(lián)協(xié)議，均由英特爾提出和創(chuàng)建，一旦在標準上被“卡脖子”，是否會影響到中國Chiplet技術的發(fā)展？

Chiplet在中國落地還面臨哪些挑戰(zhàn)？

其實國內(nèi)也一直在嘗試建立自己的Chiplet生態(tài)。2021年5月，國內(nèi)Chiplet組織——中國計算機互連技術聯(lián)盟（CCITA）在工信部立項了《小芯片接口總線技術要求》，由中科院計算所、工信部電子四院和國內(nèi)多家廠商合作展開標準制定工作。

“芯耀輝不僅有基于最新UCIe標準的IP產(chǎn)品，2022年下半年，還作為重點貢獻企業(yè)加入CCITA承接國家科技部的重點專項，參與了中國小芯片（Chiplet）原生技術標準的制定。其中接口IP部分，我們是唯一一家作為實施落地推動的廠商?！痹诘谌龑弥袊?a target="_blank">集成電路設計創(chuàng)新大會暨IC應用博覽會高峰論壇（ICDIA 2023）上，芯耀輝科技有限公司董事長曾克強在接受《電子工程專輯》等媒體采訪時說到。

2022年12月，中國首個由中國企業(yè)和專家主導制訂的Chiplet技術——《小芯片接口總線技術要求》團體標準（T/CESA 1248-2023）正式向世界發(fā)布，并在今年2月，由中國電子工業(yè)標準化技術協(xié)會審訂后正式實施。談到這項中國原生的Chiplet標準，曾克強認為要實現(xiàn)落地面臨幾個挑戰(zhàn)：

一、純技術的挑戰(zhàn)。把一顆芯片拆分成多個小芯片，通過接口在物理上和功能上將這些小芯片完全串聯(lián)配合起來，需要大量高規(guī)格的接口IP，確保各個芯片之間的連接接口，確保高速數(shù)據(jù)傳輸和低延遲、解決熱管理和功耗分配問題。

二、整個產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同的挑戰(zhàn)。Chiplet標準的落地，需要從EDA供應商、IP廠商到生產(chǎn)制造和先進封裝，整個生產(chǎn)鏈的配合，如果整個產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展不是齊頭并進，任何一處的短板都可能導致到無法整體落地實施。

三、需要制定適合中國產(chǎn)業(yè)鏈的統(tǒng)一互聯(lián)標準。盡管UCIe的標準被提出，但完全套用UCIe的標準并不能使Chiplet在國內(nèi)得到快速、有效落地。當前，國內(nèi)亟需Chiplet技術來突破先進工藝的限制，因此需要制定更符合國內(nèi)廠商訴求的本土標準。然而，要讓Chiplet技術在國內(nèi)實際應用，仍然需要克服眾多挑戰(zhàn)并走很長的發(fā)展道路。

UCIe和中國的Chiplet標準有什么不同？

簡單來說，國內(nèi)目前更需要的技術是“使用相對不那么先進的工藝，把芯片性能跑到極致。”曾克強說到，曾經(jīng)業(yè)界對于集成電路的創(chuàng)新實際上相當簡單粗暴，就是工藝迭代推動著往前走，每一代芯片的極限性能能夠做到多少，主要是靠工藝?！暗に嚤旧淼陌l(fā)展趨緩，國內(nèi)面臨著獲取先進工藝的困境，就更需要Chiplet技術來挖掘成熟工藝的潛能。”

UCIe在標準組成上，主要由D2D（Device to Device）協(xié)議層（Protocol Layer）、適配層、物理層（含封裝）組成，我國的《小芯片接口總線技術要求》（CCITA）也有類似的組成，由鏈路適配層、物理層、協(xié)議層及封裝組成。兩個標準的關鍵區(qū)別在于以下兩點，UCIe只定義了并口，CCITA的Chiplet標準既定義了并口，也定義了串口，兩者的協(xié)議層自定義數(shù)據(jù)包格式也不同，但其標準與UCIe兼容，可直接使用已有生態(tài)環(huán)境。在封裝層面，UCIe支持英特爾先進封裝、AMD封裝，CCITA定義的Chiplet標準不僅可以滿足國際先進封裝要求，最主要地，它采用國內(nèi)可實現(xiàn)的封裝技術，從而更好地適應本土市場的需求。

中國計算機互連技術聯(lián)盟（CCITA）秘書長郝沁汾曾對媒體表示，我國的標準更加符合國情。UCIe在D2D組成的芯片中，加入了一種叫retimer的功能芯片定義，它負責把信號由并行轉(zhuǎn)成串行，然后以更高速度傳送到較遠的地方，以滿足較長距離的連接需求。國內(nèi)《小芯片接口總線技術要求》則不包括這部分內(nèi)容，而是一個純粹的D2D互連標準，在物理層，國內(nèi)Chiplet標準同時支持并口和串口，串口的差分信號是一對線，可以把信號傳的比并口的單端信號更遠。如此能使國內(nèi)某些加速器芯片廠商實現(xiàn)將相同的芯片直接通過串口差分信號接口互連，以拓展總體性能的目的。而UCIe只支持通過單端信號實現(xiàn)D2D短距離互連，或需搭配retimer達成較長距離互連，與國內(nèi)廠商的現(xiàn)階段訴求不一致。

圖自：中國計算機互連技術聯(lián)盟

曾克強表示，國內(nèi)Chiplet標準既支持像臺積電CoWoS等先進封裝方式，也支持國內(nèi)能做到的封裝方法，以確保多樣化的選擇。

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同樣是接口IP，芯耀輝有什么不同？

據(jù)曾克強介紹，芯耀輝目前員工人數(shù)已接近400人，在接口IP方面是國內(nèi)不折不扣的龍頭企業(yè)，相關IP產(chǎn)品和服務也已獲得眾多客戶量產(chǎn)使用。雖然目前國內(nèi)接口IP市場競爭比較激烈，但他認為，芯耀輝和其他公司還是有很大不同的，主要體現(xiàn)在以下幾點：

第一，大量頭部客戶的認可。先進工藝接口IP之前基本由新思科技和Cadence這樣的國外大廠壟斷，國內(nèi)能做到40、28nm及以下工藝的接口IP較少。芯耀輝成立后僅用三年時間，2022年就推出大量自研先進工藝IP產(chǎn)品推向市場，據(jù)悉國內(nèi)很多頭部芯片廠商都已采用，部分已經(jīng)實現(xiàn)流片，并且測試結果良好。

第二，IP領域的主要競爭力是產(chǎn)品系列（Portfolio）全面性。全套產(chǎn)品指的不僅僅是功能的實現(xiàn)，由于接口IP采用國際標準，所有公司對產(chǎn)品的功能定義都類似，但在性能參數(shù)上并是不每家公司都能做到比肩國際大廠。具體來說，在DDR3/4、USB2.0、PCIe3等相對較老的標準上，國內(nèi)有不少IP公司能做，差異化不大；“但在最新的DDR5、PCIe5、32G SerDes、UCIe標準上，國內(nèi)市場基本只有我們一家實現(xiàn)了國產(chǎn)先進工藝平臺最全的IP覆蓋，DDR5/4 PHY IP在相關工藝上更是超越了全行業(yè)最高速率?！彼f到。

第三，兼容性和可靠性。同一款IP用在不同的芯片產(chǎn)品上能否幫助客戶一次量產(chǎn)成功，曾克強認為是最重要的。“商業(yè)化的IP公司不能只做某個芯片應用的專用型IP，而要同時支持各種不同的芯片應用，并且在各種極限使用情況下都具備很好的兼容性和可靠性，幫助客戶芯片成功量產(chǎn)，才是高質(zhì)量的標準IP產(chǎn)品，這就考驗研發(fā)人員的經(jīng)驗了。”這類經(jīng)驗往往不是IP研發(fā)人員在辦公室自己“閉門造車”出來的，還需要通過大量Corner case、應用Case、客戶和市場反饋等，不斷打磨迭代后累積而成。

“這正是芯耀輝的強項，我們的核心團隊曾經(jīng)在新思科技、紫光展銳、海思、高通等大廠工作過，具備十幾二十年的應用經(jīng)驗?！痹藦娬f到，“目前國內(nèi)專注做接口IP的廠商大概有兩三家，芯耀輝可以說是這些廠商中產(chǎn)品Portfolio最全的一家，與其他家的身位已經(jīng)大幅拉開?！?/p>

在幫助客戶做好兼容性方面，曾克強以當前最熱、也最復雜的車規(guī)級芯片為例，“目前芯耀輝已經(jīng)成功研發(fā)了符合車規(guī)工藝平臺的全套車規(guī)級IP。今年6月，國際公認的檢驗、測試和認證機構SGS正式向芯耀輝頒發(fā)了ISO 26262:2018半導體功能安全ASIL D流程認證證書。這標志著芯耀輝已經(jīng)按照ISO 26262:2018版標準要求，建立起完全符合功能安全最高“ASIL D”級別的產(chǎn)品開發(fā)和管理流程體系，達到國際先進水平。在可靠性方面，芯耀輝的車規(guī)級接口IP產(chǎn)品還通過了AEC-Q100車規(guī)級可靠性的嚴格認證，這進一步證明了其在高性能、高可靠、高安全的車規(guī)級IP產(chǎn)品及解決方案方面的卓越實力。”值得透露的是，許多國內(nèi)車規(guī)芯片廠商目前也紛紛選擇采用芯耀輝的接口IP，這充分證明了他們在行業(yè)中的實力與認可。