美国芯片法案恶意阻击中国芯，Chiplet会是最优解吗？

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）日前，美国总统拜登正式签署总额高达2800亿美元的《芯片和科学法案》，其中527亿美元将用于芯片部分补贴，增强美国本土半导体制造，并限制先进工艺流向中国。
 
是的，美国芯片法案严格限制接受补助的企业来中国投资先进工艺的制造项目。近期，美国已经开始升级对中国半导体设备出口限制，从10nm提升至14nm。根据最新报道，美国已经通知该国所有半导体设备厂商，禁止出口14nm及以下工艺的设备给中国。
 
在这样的情况下，国内是否该花更大的力气推行Chiplet？Chiplet会在中国芯片产业出奇效吗？
 
国内Chiplet产业链
 
在国产芯片领域，近日又迎来了一个和Chiplet有关的产业新闻，在壁仞科技发布的首款通用GPU芯片BR100中，采用了Chiplet设计理念，让芯片总面积可以突破光罩尺寸对单芯片面积的限制，集成更多的算力和通用性逻辑。壁仞科技联合创始人、CTO洪洲表示，“Chiplet设计让我们可以通过一次流片，同时得到两种芯片，大大加快了迭代速度，同时覆盖不同层级的市场。”
 
当然，在芯片设计方面，华为其实很早就开始布局Chiplet，华为于2019年推出了基于Chiplet技术的7nm鲲鹏920处理器。在当时，鲲鹏920是业界最高性能ARM-based处理器，典型主频下，SPECint Benchmark评分超过930，超出业界标杆25%。
 
在芯片产品背后，国内也在积极布局围绕Chiplet技术的产业上下游。
 
目前，美国探讨的Chiplet和国内二级市场热炒的Chiplet概念有些许差别。在美国总统科学技术顾问委员会（PCAST）的文件中提到了Chiplet，依然是一种芯片设计的方法，一种包括产品中常见的、非创新部分的芯片——使初创公司和学术研究人员能够更快地创新，并大幅降低他们的开发成本，目的主要是降低先进制程下单个die的面积，提升良率并降低成本。而国内二级市场热炒的Chiplet是指将多个模块芯片与底层基础芯片封装在一起，形成一个系统芯片的封装技术，是在成熟制程下做系统芯片的创新。因此，对于美国倡导的Chiplet而言，承载平台会是中间件，而国内现在热潮的chiplet概念股则将承载平台放在了PCB板或其他类型载板上。
 
当然，虽然概念有差异，但很显然国内是丰富了Chiplet的概念，美国所宣扬的在国内同样在推动。并且，无论走何种路线，对于芯片设计而言，EDA工具都是不可或缺的。
 
在国产EDA方面，芯和半导体目前已经加入了UCIe（Universal Chiplet Interconnect Express）产业联盟，正携手推动Chiplet接口规范的标准化。而奇普乐在推动Chiplet技术相关可编程硅基板落地的同时，也在布局相关的软件，根据该公司的畅想，未来的Chiplet应用是“拖拽式”的，在一个基板上融合市面上几乎所有的主流半导体厂商研发生产的传感器、存储器、微处理器和射频等器件。此外，奇异摩尔和瞬曜EDA等也在布局3D Chiplet相关的软件平台。
 
在国内目前布局Chiplet技术的企业中，IP供应商是一股重要的力量，包括芯原股份、芯耀辉、牛芯半导体、灿芯半导体等公司都在布局Chiplet。这些公司里面，芯原股份最具代表性，是国内Chiplet产业的中坚力量。芯原股份是国内最早开展Chiplet相关技术研发的企业之一，在UCIe规范制定的早期就已参与讨论。芯原股份近期在投资者关系活动记录表中表示，Chiplet是半导体行业的重要发展趋势之一，公司这几年来一直在致力于Chiplet技术和产业的推进，通过“IP芯片化，IP as a Chiplet”和“芯片平台化，Chiplet as a Platform”，来实现Chiplet的产业化。
 
刚刚上面已经提到，国内目前对于Chiplet的探讨很多落脚点是在封装层面，先进封装是其中一个非常重要的技术。因此，长电科技、华天科技、通富微电国内三大封装企业都成为了Chiplet热门企业。这其中，长电科技已经于6月加入UCIe产业联盟，去年推出了XDFOI全系列极高密度扇出型封装解决方案；而通富微电此前回应投资者时表示，公司在Chiplet、WLP、SiP、Fanout、2.5D、3D堆叠等方面均有布局和储备；而华天科技2021年年报有显示，该公司有集成电路多芯片封装扩大规模项目。除了传统的三大家，也有很多初创企业也在布局围绕Chiplet的先进封装，比如芯云凌，该公司致力于先进工艺制程高端ASIC设计技术和先进封装技术相融合的芯片及系统联合设计和整合设计。
 
当然，国内目前还有很多企业是专门做Chiplet的，比如上面提到的深圳奇普乐，以及奇异摩尔等公司。
 
国内Chiplet待解难题
 
从上面的统计能够看到，国内围绕异构集成和先进封装在IP、封装、EDA软件和PCB板材等方面对Chiplet都有所布局，且在产品端也已经有产品面世。综合这些信息来看，足见国内对Chiplet的重视。
 
不过，要想将Chiplet打造成为中国芯的突围之路，还有很多难题需要解决。
 
首先肯定是标准问题，无论是从先进制程角度出发，还是从先进封装角度出发，Chiplet都需要一个统一的标准，否则碎片化就足以摧毁这个产业。目前，国内已经有非常多的公司参与到了UCIe产业联盟，但是如上所述，这个联盟的发起更多是为了解决先机制程的良率和成本等问题，这条主线无法解决国内因为芯片制造工艺受限引发的问题。但笔者认为，打造我们自己的Chiplet标准，连接我们自己的芯片也不可取，目前芯片产业全球化特征明显，以封闭理念推动我国自己的Chiplet标准只会将路越走越窄，且国产芯片在很多功能芯片方面也并不达标。那么，如何用全球化、开放的Chiplet标准解决国内芯片下游产业遇到的特殊问题就是一个待解的难题。
 
第二个问题是我们该如何用好先进封装？封装产业是国产芯片发展较为成熟的一个领域，达到了国际领先水平，在先进封装方面和国际厂商的差距并不明显。很多人都将先进封装+Chiplet定义为国产芯片换道超车的好机会，但在芯粒实现模块化复用并具有一定规模之后，对于国产芯片而言，如果打通先进封装各环节也是一个问题，比如载板和中间件该如何统一定义？这方面也需要站在更高维度去统筹。
 
此外，Chiplet技术虽然打着超越摩尔的旗号，但核心诉求依然是打造更高性能的SoC，那么国产芯片在EDA工具以及核心处理器方面的短板是无法回避的问题。
 
后记
 
美国芯片法案正式落地之后，国产芯片发展势必会面临更加严峻的局面，先进封装+Chiplet确实是当前能想到的可谓是最佳的发展路径，但要兑现这种发展模式的潜力，国产芯片需要一个专业有远见的“智囊团”，更好地做好产业统筹。