提到**芯片,很多人的**反应就是 EUV 光刻机、3nm、2nm 先进制程。在 EUV 设备受限的背景下,想要依靠单颗芯片冲击*前沿工艺,难度极高。而 Chiplet 芯粒技术,被很多业内人士看作国产**芯片重要的突围路线。
简单来说,Chiplet 芯粒的思路,就是化整为零。不再强行把计算、存储、接口等所有电路,全部集成在一块大尺寸裸芯片上。工程师把芯片拆分成多颗独立、功能专一的小芯片,也就是芯粒。有的芯粒专门负责算力运算,有的芯粒用来做高速存储,还有的承担信号接口传输。每一颗芯粒,可以选用*合适的工艺来制造。
部分芯粒可以用成熟 DUV 工艺生产,不必追求 EUV 才能实现的极限制程。之后借助先进封装技术,通过高密度微凸点、RDL 再布线、2.5D 中介层等方案,把不同工艺、不同功能的芯粒紧密拼接在一起,组装成一套完整的芯片系统。
为什么 Chiplet 会成为 AI 算力时代的热门方案?核心就是解决大名鼎鼎的内存墙问题。算力芯片运算速度越来越快,但算力芯片和内存之间的数据传输带宽、延迟,成为限制整体性能的瓶颈。通过 Chiplet 技术,将算力芯粒与 HBM 高带宽内存近距离合封,大幅缩短信号传输距离,数据交换速度成倍提升,同时降低传输功耗,**适配 AI 大模型推理与训练需求。
对于国内半导体产业,Chiplet 的战略价值格外突出。单颗芯片想要做到 3nm、2nm,高度依赖 EUV 光刻机,短期很难落地。但借助芯粒拆分思路,我们可以用 DUV 工艺制造 N 系列逻辑芯粒,搭配成熟工艺生产的 I/O、电源、存储芯粒,再依托国内长电科技、通富微电等厂商的先进封装能力,把多个芯粒集成起来,做出具备高性能的算力系统。这是一条绕开 EUV 限制,快速实现**算力落地的可行路径。
而且 Chiplet 还有很多附加优势。不同芯粒可以分开设计、分开流片,单颗芯粒面积更小,晶圆良率更高,能够大幅降低制造成本。芯粒还可以模块化复用,同一颗存储芯粒或者接口芯粒,能够在多款不同芯片产品上重复使用,缩短新品研发周期。企业不用每次开发新芯片都全部重新设计,研发投入也能得到控制。
当然,Chiplet 并不是万能解药,它不是简单把几颗芯片拼在一起就大功告成,整套方案存在不少卡点。
首先是芯粒之间的高速互联标准。多颗芯粒协同工作,需要稳定、高速的信号接口,芯粒互联协议、信号完整性设计难度很高。其次,**封装基板、中介层材料是明显短板,大尺寸 FC-BGA 基板供给紧张,国产化进程较慢,直接限制大规模量产。
同时,芯粒测试难度陡增。组装完成之后,只要其中一颗芯粒出现故障,整套芯片就会失效,需要配套全新的测试方案。EDA 工具、芯粒仿真、热仿真软件,在异构集成场景下还有很多优化空间。除此之外,多芯粒集成之后的散热控制,也是工程上的一大难题。
很多人存在误区:Chiplet 可以完全替代先进制程。其实并不是。芯粒本身依然需要晶圆制造,芯粒的性能上限,依旧由晶圆工艺决定。Chiplet 的本质,是在后摩尔时代,用系统集成的思路挖掘性能潜力,先进制程和先进封装是互补关系,而非替代关系。
摩尔定律逐渐走到物理边界,单纯缩小晶体管来提升芯片性能的路子越来越难走。全球半导体行业,都在从 “单芯片**微缩”,转向 “芯粒 + 先进封装” 的系统集成路线。
对于国产半导体而言,Chiplet 给我们提供了一条差异化赛道。依托成熟 DUV 工艺制造芯粒,配合国内先进封装产能,在算力芯片领域寻找突破口。国产**芯片的突围,不一定只有死磕 EUV 这一条路。