Chiplet是今年芯片領(lǐng)域最火的概念。

海外巨頭們的新產(chǎn)品紛紛提及Chiplet。

在9月初的Hot Chips 34大會上，英特爾展示了即將發(fā)布的Meteor Lake芯片，并著重解釋了如何應(yīng)用Chiplet技術(shù)；

快英特爾一步，AMD早幾天也開了發(fā)布會，在強調(diào)Chiplet技術(shù)的同時，發(fā)布了基于Chiplet技術(shù)的旗艦芯片Ryzen 7000；

另一邊，英偉達在9月的GTC發(fā)布會上雖然沒有提到Chiplet，但它與中國公司阿里巴巴在8月初成為了Chiplet全球產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟UCIe（Universal Chiplet Interconnect Express）的董事會成員。

讓Chiplet火爆的原因來自今年3月“UCIe聯(lián)盟”的成立。這個聯(lián)盟從初始就匯集了幾乎所有芯片巨頭公司——英特爾、AMD、ARM、Google Cloud、Meta、微軟、高通、三星、臺積電。

四月開始，國內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)鏈的公司也紛紛加入UCIe。

如IP公司芯原、芯耀輝、牛芯、燦芯，EDA公司芯和，封測公司長電科技、通富微電，AI芯片公司希姆計算、芯云凌、藍海智能、輝羲智能，以及專做Chiplet的公司奇異摩爾等。

一級市場中，Chiplet是少數(shù)幾個還在活躍的概念。

過去一個月，Chiplet公司北極雄芯、EDA公司芯瑞微獲得融資，這是兩家公司在今年第二次獲得融資。

除此之外，今年獲得融資的Chiplet概念公司還包括：汽車芯粒公司芯礪智能（8月）、Chiplet公司奇異摩爾（8月）、Chiplet架構(gòu)的CPU公司超摩科技（7月）、高速接口IP公司中茵微（7月）等。

Chiplet甚至攪動了被唱衰的二級市場。

封裝技術(shù)公司大港股份在7~8月間的15個交易日里，有11個漲停，引發(fā)巨大關(guān)注。不過，大港在8月底也發(fā)生了幾次大跌，同樣趨勢的Chiplet概念股還有IP公司芯原股份和AI芯片公司寒武紀。

實際應(yīng)用中，中國的芯片企業(yè)也已經(jīng)開始發(fā)布應(yīng)用了Chiplet技術(shù)的芯片。

明星創(chuàng)業(yè)公司壁仞科技在8月發(fā)布的BR100和BR104中表示采用Chiplet技術(shù)；同為明星芯片公司的寒武紀在2021年11月發(fā)布的芯片思元370就已經(jīng)采用了Chiplet技術(shù)。

有業(yè)內(nèi)人士透露，中國也將成立一個類似UCIe的聯(lián)盟，最晚會在年內(nèi)發(fā)布消息。

不少人認為，Chiplet將會是中國芯片“彎道超車”的機會；也有人潑冷水，指出中國芯片想要引領(lǐng)潮流還為時過早。

但Chiplet作為下一代芯片的發(fā)展趨勢已經(jīng)勢不可擋。

在國際上，芯片巨頭勢必不愿意將這一趨勢的成果拱手讓人。在中國，也許正是因為產(chǎn)業(yè)鏈才剛剛起步，才讓這些公司有更多合作的可能。

對于中國芯片企業(yè)和產(chǎn)業(yè)來說，Chiplet的浪潮也許不能產(chǎn)生出“偉大”的公司，但卻可以成為加快國產(chǎn)化、促進自給自足的重要機遇。

1.Why Chiplet？——摩爾定律的救星

首先解釋一下Chiplet的概念。

目前，主流系統(tǒng)級單芯片（SoC）都是將多個負責不同類型計算任務(wù)的計算單元，通過光刻的形式制作到同一塊晶圓上。比如，目前旗艦級的智能手機的SoC芯片上，基本都集成了CPU、GPU、DSP、ISP、NPU、Modem等眾多的不同功能的計算單元，以及諸多的接口IP，追求的是“高度的集成化”，利用先進制程對于所有的單元進行全面的提升。

而Chiplet的理念則與之相反。Chiplet也稱作“芯粒”，它是將原本一塊復(fù)雜的SoC芯片，從設(shè)計時就按照不同的功能單元進行分解，然后每個單元選擇最適合的半導(dǎo)體制程工藝分別進行制造，再通過先進封裝技術(shù)將各個單元彼此互聯(lián)，就像“樂高積木”一樣封裝為一個系統(tǒng)級芯片組。

在這一過程中，由于單塊芯粒面積更小，制造成本大幅降低，也可能會帶來性能的增長。

Chiplet的產(chǎn)生與“摩爾定律”的發(fā)展息息相關(guān)。

英特爾創(chuàng)始人戈登·摩爾曾總結(jié)了一個趨勢，即集成電路上可以容納的晶體管數(shù)目每經(jīng)過18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍，同時其價格也會降低為原來的一半——這便是大名鼎鼎的摩爾定律，

過去半個世紀，芯片行業(yè)一直遵循摩爾定律發(fā)展。1970年，英特爾發(fā)布世界上第一塊商用芯片Intel 4004，面積為3mm*4mm，只包含了2250個晶體管。而今年蘋果iPhone 14搭載的A16芯片，采用了臺積電4nm工藝，晶體管數(shù)量來到了160億顆。

但如今，芯片工業(yè)已經(jīng)逼近物理極限。比如，芯片公司已經(jīng)在研發(fā)3nm甚至更小的制程，只有15個硅原子的寬度，大約是一根頭發(fā)的2萬分之一。經(jīng)濟層面，超大的面積讓硅片制造的良率很低，目前700~800平方毫米的硅片良率還不足30%，極大增加了制造成本。

因此，近幾年行業(yè)內(nèi)不斷有傳出“摩爾定律已死”的言論。就在今年10月新一代顯卡的發(fā)布會上，英偉達CEO黃仁勛便直言“摩爾定律已死”，往后的芯片性能不會再遵循這個定律。

業(yè)界紛紛探索其他提升芯片性能的路徑。事實上，從10nm工藝開始，除了臺積電、英特爾、三星三家公司之外，其他芯片制造廠商已經(jīng)放棄了更小、更先進制程的研究。

例如通過不同類型芯片分別處理不同部分而達到更優(yōu)的效果（異構(gòu)）、為特定的功能定制芯片（ASIC）、軟件和算法層面的迭代等等。Chiplet則是另外一種解決方案，早在2011年，Xilinx、AMD、Intel就已經(jīng)開始內(nèi)部探索，并推出產(chǎn)品。

應(yīng)用Chiplet技術(shù)可以帶來許多優(yōu)勢。

提升良率。當需要制造的芯片被拆成小塊分別制造，單片的良率就可以達到90%以上，整體的良率也能達到80%以上，比目前大芯片不足30%的良率節(jié)省了許多成本。

降低對先進制程的需求。在芯片內(nèi)部所包含的模塊中，除了計算單元需要應(yīng)用最先進的制程來達到良好的效果之外，其他模塊如存儲、模擬、射頻等則不必須用最先進的制程。過往芯片的設(shè)計中，所有模塊都用同一個工藝節(jié)點制造，不僅會造成大量的浪費，而且也不一定是最優(yōu)解。

奇異摩爾副總裁祝俊東分享道，“比如存儲模塊在14納米、模擬在65/90納米節(jié)點會達到比先進工藝更好的性能”。

IP內(nèi)部復(fù)用。如果按原來的設(shè)計模式，雖然購置的IP看似可以復(fù)用，但與其他模塊的連接都需要重新設(shè)計，也需要重新再做測試，設(shè)計流程并沒有因此簡化。應(yīng)用了Chiplet技術(shù)之后，芯粒在不同芯片之間可以重復(fù)使用，大大降低成本。

降低芯片設(shè)計和驗證的時間、難度。當Chiplet達到成熟之后，通過對現(xiàn)有芯粒的疊加及少量驗證，就可以快速設(shè)計出大量新產(chǎn)品

2.新的技術(shù)帶來新的商業(yè)機遇

Chiplet是一場全產(chǎn)業(yè)鏈的互動，中國公司也在跟隨潮流開始行動。

最為顯著的是芯片IP公司。

芯片IP指芯片中預(yù)先設(shè)計、驗證好的功能模塊，可以在芯片設(shè)計過程中可被反復(fù)使用，業(yè)內(nèi)有觀點認為，Chiplet技術(shù)就是將不同的芯片IP進行組合。

對IP公司來說，做Chiplet順理成章。在傳統(tǒng)單片系統(tǒng)設(shè)計方式中，芯片設(shè)計公司從不同的IP供應(yīng)商處購買IP，結(jié)合自研模塊集成，而在Chiplet模式下只需要購買供應(yīng)商生產(chǎn)好的Chiplet小芯片，將其封裝形成系統(tǒng)芯片即可。

上海奎芯科技產(chǎn)品副總裁王曉陽曾對媒體表示：“打個形象的比喻，芯片設(shè)計公司如果需要做滿漢全席，IP就可以看成是一道菜的菜譜，而Chiplet則可以看成是這道菜的預(yù)制菜，芯片設(shè)計公司僅需要簡單加熱即可上桌。”

面向芯片設(shè)計公司，奎芯科技既可以銷售“菜譜”——IP，也可以銷售“預(yù)制菜”——把IP做成Chiplet硬件化產(chǎn)品。

奎芯科技是做“高速互聯(lián)IP”，也就是接口IP。過去，接口IP主要應(yīng)用在芯片與芯片之間的互聯(lián)。如今，這些公司也打算進入Chiplet領(lǐng)域，做芯粒之間的互聯(lián)接口。

除了芯片IP公司，同在產(chǎn)業(yè)鏈上游的EDA公司也嗅到了機會。

對于EDA來說，由于單個芯粒的面積減小，EDA工具的設(shè)計難度也會相應(yīng)減小，國內(nèi)創(chuàng)業(yè)公司的機會因此增加。

另一方面，由于Chiplet在“拼”的環(huán)節(jié)對封裝的需求增加，EDA和封裝公司都需要在這個領(lǐng)域里有所精進。

封裝對于Chiplet非常重要，在把芯粒“拼”起來的過程中，如何保證芯片的性能、降低延時、減少發(fā)熱等變得至關(guān)重要。封裝一直是中國的強項，排名前十的封裝企業(yè)中有三家是中國大陸企業(yè)，其中，通富微電更是AMD最新Chiplet產(chǎn)品的封裝供應(yīng)商。

但是，Chiplet的核心是設(shè)計理念的變化，一位Chiplet領(lǐng)域的投資人告訴「甲子光年」，Chiplet需要“70%封裝技術(shù)的進步，以及30%設(shè)計方法的改變”。

在所有芯片中，最適合做Chiplet的是“大芯片”，也就是CPU、GPU、DPU等，它們面積較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。CPU方面的可行性，已經(jīng)被Intel和AMD的實踐證明。

對中科馭數(shù)聯(lián)合創(chuàng)始人兼CTO盧文巖來說，“Chiplet不僅僅是簡單的芯粒拼盤，面積大、數(shù)據(jù)流分片容易、編程框架合適也很重要”，而DPU也是這樣一種芯片。

目前階段，DPU的主要功能是為CPU和整個計算加速，實現(xiàn)這一過程需要執(zhí)行較多不同任務(wù)，所以DPU包含的模塊也較為復(fù)雜，包括存儲、網(wǎng)絡(luò)、安全、應(yīng)用加速、虛擬化、大數(shù)據(jù)分析等。

“我們兩年前就開始Chiplet的設(shè)計探索，用分片和封裝的方式，來解決單硅片設(shè)計大規(guī)模DPU芯片的良率難題，以及可擴展性問題”，盧文巖解釋。

相對來說，GPU由于內(nèi)部擁有較多相同的模塊，所以分片設(shè)計更為困難。不過國內(nèi)芯片公司也已經(jīng)做出嘗試，GPU公司壁仞科技8月發(fā)布的BR100采用了Chiplet技術(shù)，將自研的功能模塊封裝和復(fù)用，以達到降低成本、縮短設(shè)計周期的效果。更早時候，芯動科技的GPU也已經(jīng)使用Chiplet來做封裝。

其他AI芯片則更早做出Chiplet的嘗試。華為海思在2014年，就將16納米和28納米的芯粒集成在一起，可以算是最早的Chiplet實踐。今年，燧原與接口IP公司奎芯合作，探索符合UCIe標準的Chiplet架構(gòu)芯片。

又如自動駕駛芯片，輝羲智能聯(lián)合創(chuàng)始人、上海交通大學教授賀光輝告訴「甲子光年」，“隨著自動駕駛的算法快速演進，算力需求不斷攀升，汽車E/E架構(gòu)從分布式向集中式發(fā)展，自動駕駛芯片追求高度集成化”，Chiplet可以為自動駕駛芯片帶來更多經(jīng)濟性和靈活性。

在奎芯科技市場及戰(zhàn)略副總裁唐睿看來，Chiplet的市場還不止這些。“雖然Chiplet的實踐會從大芯片這種最有經(jīng)濟價值的領(lǐng)域開始，但未來一定會在其他領(lǐng)域繼續(xù)發(fā)展，尤其是單價高、出貨量中等且需求多樣化的領(lǐng)域。”

比如汽車的智能座艙。這些芯片目前的定義還不明確，而隨著智能駕駛等級的提升，智能座艙功能會逐步增加，并變得更加多樣化。未來，根據(jù)用戶多樣化需求定制的芯片，將因為Chiplet技術(shù)而成為可能，這也可能成為車企的一個競爭點。

另一類會使用Chiplet來設(shè)計芯片的公司則是一些想要做芯片的客戶方，例如車企、云廠商，通過Chiplet的技術(shù)將能更便捷地設(shè)計出芯片。

最后，在中國已經(jīng)出現(xiàn)一些專門做Chiplet的公司，比如奇異摩爾、芯礪等。這些公司主要為芯片設(shè)計類企業(yè)提供通用底座芯粒、接口芯粒和連接協(xié)議，并幫助客戶完成系統(tǒng)級的設(shè)計。

3.開放生態(tài)下中國企業(yè)的機會

目前，Chiplet仍然處在發(fā)展的早期。祝俊東認為，Chiplet的發(fā)展將會經(jīng)歷三個階段：封閉、半開放、全開放。

具體而言，在第一階段“封閉”狀態(tài)下，是企業(yè)內(nèi)部的芯片模塊復(fù)用，這時候企業(yè)常常只需要更新最重要的計算單元。比如AMD通過計算單元（CCD）和接口單元（IOD）組合，形成不同規(guī)格的服務(wù)器和個人電腦芯片，并且3代芯片的接口單元用了2代芯片的IO控制部分。

在第二階段“半開放”的狀態(tài)下，企業(yè)與企業(yè)之間會達成一定的合作，幾家公司可以共同確定芯片的設(shè)計標準，或者遵循已有的Chiplet標準，例如UCIe。目前產(chǎn)業(yè)正進入第二階段。

在第三階段“全開放”的狀態(tài)下，企業(yè)遵循Chiplet的行業(yè)標準來設(shè)計芯粒，讓芯粒成為可以直接購買的市場化商品。這個時候，即使是一家新創(chuàng)業(yè)的公司，也能迅速找到一塊完整芯片所需要的大部分芯粒，只需要設(shè)計其中的一兩個關(guān)鍵部分即可。

有專業(yè)人士展望，芯粒完全商業(yè)化后，芯片的設(shè)計周期將從2~3年縮短到以月為單位。

從Intel、AMD、Apple等國際巨頭的實踐來看，Chiplet技術(shù)已經(jīng)趨近成熟——芯片IP復(fù)用成功、性能提升、成本降低。

今年3月，英特爾、臺積電、三星聯(lián)合日月光、AMD、ARM、高通、谷歌、微軟、Meta等十家行業(yè)巨頭共同宣布，成立小芯片（Chiplet）聯(lián)盟，并推出一個全新的通用芯片互聯(lián)標準 ——UCIe，以此共同打造小芯片互聯(lián)標準，推動開放生態(tài)建設(shè)。

為什么今年巨頭依舊要建立UCIe聯(lián)盟呢？

其一，即使巨頭已經(jīng)擁有完整的全線產(chǎn)品，在具體服務(wù)客戶的過程中也依舊需要與其他產(chǎn)品適配。

其二，摩爾定律的失效讓整個產(chǎn)業(yè)鏈向Chiplet發(fā)展成為必然，即使巨頭不發(fā)起UCIe聯(lián)盟，產(chǎn)業(yè)鏈也會主動展開合作。如果這時候巨頭不把握主動權(quán)，專做芯粒的公司很有可能拆分芯片設(shè)計公司的業(yè)務(wù)，成為下一個臺積電或ARM。

所以本質(zhì)上，大公司發(fā)起成立UCIe是為了主導(dǎo)標準的建立，但這對于還處在發(fā)展階段的公司來說，Chiplet和UCIe聯(lián)盟的發(fā)展將帶來新的機會。

以接口IP為例，由于復(fù)用性較強、毛利較高，創(chuàng)業(yè)公司前期研發(fā)投入很大，難以進入市場。過去這個領(lǐng)域一直被Synopsys、Cadence等國外公司壟斷。

但由于UCIe標準是新建立的，創(chuàng)業(yè)公司得以和巨頭們同臺競技。“對于一個新的標準來說，大家的機會相對均等一些，對創(chuàng)業(yè)公司也友好一點。”唐睿告訴「甲子光年」。

UCIe標準被提出后，希望與國產(chǎn)創(chuàng)業(yè)公司合作的客戶方也會更加有信心。DPU公司中科馭數(shù)正在考慮和國內(nèi)接口IP公司合作，盧文巖分享道，在嘗試做Chiplet之后，他們考慮了很久要找什么樣的公司接口IP公司合作。“我們既擔心想用的芯片供應(yīng)商不能提供，也擔心提供的接口不符合我們的需求，更擔心需求升級之后接口協(xié)議不支持，導(dǎo)致后續(xù)升級困難。”

對于許許多多這樣的公司來說，選擇已經(jīng)加入并深度參與UCIe聯(lián)盟的伙伴就會比較合適。

4月2日，芯原股份成為第一家加入UCIe的公司，隨后的不久，奎芯、芯耀輝、牛芯、燦芯也表示已經(jīng)加入UCIe聯(lián)盟。

業(yè)內(nèi)有消息稱，中國也將成立一個類似UCIe的聯(lián)盟。

大多數(shù)人對此不太驚訝。其實早在2020年，西安在曾經(jīng)舉辦過一場“Chiplet產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟圓桌論壇”，大學教授和芯片企業(yè)共同探討Chiplet未來在中國落地的可能性。

無論今年是否有中國的Chiplet聯(lián)盟成立，Chiplet已經(jīng)成為一個確定的發(fā)展方向，也是初創(chuàng)企業(yè)的成長機會。

許多業(yè)內(nèi)人士指出，如果聯(lián)盟的標準想要成為中國芯片行業(yè)的共識，就需要像UCIe一樣，吸引所有芯片行業(yè)的領(lǐng)先企業(yè)，新制定的接口規(guī)范不應(yīng)該違背UCIe標準。

在具體標準的制定和實踐中，祝俊東認為，Chiplet從一開始就是需求驅(qū)動的，故而應(yīng)該更多傾聽芯片設(shè)計公司基于應(yīng)用的需求，促進產(chǎn)業(yè)鏈上下游一起推動標準的迭代與完善。

對于未來Chiplet成熟的預(yù)期，在盧文巖看來，接口IP標準統(tǒng)一和封裝技術(shù)更加成熟，以及各環(huán)節(jié)價格明顯降低會是重要標志。而唐睿認為，需要關(guān)注的節(jié)點在于通過“A公司與B公司合作”設(shè)計完成芯片，尤其是“符合Chiplet標準”的芯片。

也許，Chiplet也很難讓中國芯片“彎道超車”，但把握住這次歷史性機會、加快國產(chǎn)芯片之間的開放合作，將有機會形成一個完全不同于海外巨頭的芯片體系。