Silicon Box计划建设chiplet半导体代工厂

Silicon Box察觉到当前市场缺乏chiplet的先进封装能力，因此决定填补这个空白。其生产模式仅专注于chiplet，这是以前从未见过的。这家芯片初创公司在新加坡成立，就承诺斥资20亿美元建立先进的半导体代工厂。它的出现证实了chiplet的史诗才刚刚开始，未来还会有许多精彩的篇章。  

Silicon Box提供从设计到生产以及先进封装的chiplet服务。这家初创公司声称其首条生产线已经运行，样品已经送到了客户手中。他们表示，准备在今年晚些时候开始量产。  

本文是关于Silicon Box如何诞生，背后推手是谁，以及他们如何计划改变行业的基础设施以支持chiplet的故事。  

首先是Sehat Sutardja，他的伟大想法是将SoC分解成碎片，像乐高积木一样来构建异构集成芯片。  

Sutardja将这种架构称为“MoChi”，即Modular Chip的简称。  

时任Marvell CEO的Sutardja在2015年2月ISSCC（International Solid-State Circuits Conference）的演讲中首次提出MoChi。他强调，工程师需要新的互联和存储架构，以降低下一代芯片和系统的成本和复杂性。  

在那次演讲之前，Sutardja一直在推动行业支持MoChi。他游说AMD的CTO Mark Papermaster，建议Marvell和AMD合作开发MoChi。在那次会议上，Papermaster问Sutardja，“为什么要叫它MoChi？听起来太复杂了。”   Papermaster喜欢这个概念，但不喜欢这个昵称，所以提出，“我们为什么不叫它chiplet呢？”  

于是，一个新名词诞生了。   在一篇计划在2015年发表的技术论文中，Sutardja已将他的架构命名为“MoChi”。他无法改变这个，但他喜欢Papermaster的修改。  

Chiplet的旅程‍‍‍‍

命名很简单。但之后，chiplet的道路却不平坦。  

回顾过去，Sutardja表示，当他提出MoChi（或chiplet）的概念时，“大家都说谁会需要它。他们都想要一块大芯片。实际上，几乎每家公司都对它嗤之以鼻。”   Mark Papermaster是唯一的支持者。  

八年后，大家（无论是芯片制造商还是客户）都成了chiplet的粉丝，到处都在高喊着chiplet。  

他说，这种变化是因为“如果你是一家初创公司，今天想要构建一个新的SoC，你需要3-4亿美元。”  

除了SoC高昂的成本之外，chiplet受欢迎还因为人们越来越担忧SoC无法满足许多新一代应用对于更高性能、更低延迟和更低功耗的需求。  

Sutardja说：“我2015年的技术论文中有两部分内容。一部分是关于使用模块化芯片来构建芯片，就像乐高积木一样。另一部分是关于将更高带宽的内存集成到处理器的需要。如果你有更高的内存带宽，你会得到更高的性能。更高的带宽也意味着更低的延迟。如果你的内存带宽有限，GPU会变慢，因为GPU的所有核都必须等待其它核获取数据。”  

缺失的环节‍‍


从架构上讲，芯片设计师对chiplet的态度是积极的。他们需要chiplet，并且是立刻。  

但有一个问题。Sutardja观察到，直到最近，行业才意识到“没有先进封装的能力来集成chiplet”。

  这不正是OSAT（Outsourced Semiconductor Assembly and Test）该挺身而出的地方吗？   并非必然。  

目前的OSAT公司并不具备从事先进芯片封装研发和生产的条件。从财务上讲，Sutardja表示，这种努力会是“一场灾难。”  

OSAT公司忙于保护他们现有的封装业务和产品线，他们既没有动力去杀死自己的摇钱树。Sutardja认为，如果OSAT公司承担了数十亿美元的投资（包括一个新的晶圆厂），去开发chiplet的先进封装，那么华尔街将会对他们进行惩罚。同时，OSAT公司仍然需要获取必要的特殊技术来进行晶圆级封装。  

Why Silicon Box？‍‍‍

尽管如此，Silicon Box的三位创始人认为，市场迫切需要一家集设计、组装和封装于一体的新型chiplet工厂。

长期以来，Sutardja和Silicon Box的CEO BJ Han一直痴迷于制造集成度更高的芯片。Han说，“这一切开始于一次私人对话”，当时他在贝尔实验室当物理学家，而Sutardja在Marvell。“我们争论利弊，直到争论得面红耳赤。”

在贝尔实验室，Han从事材料工作，研究电路和封装。他是第一个在封装产品中使用步进器的人。Han解释说，“展望未来三十年是贝尔实验室的使命。我们争论利弊，尝试了许多实验，并静静地等待时机。”

Han以严谨的工程技术，将同样的流程应用到Silicon Box。可以说，Han是Silicon Box的秘密武器。

在贝尔实验室之后，他在一系列公司工作。作为Amkor Technology的研发主管（1996-1999年），他推动了一些现在市场上最受欢迎的芯片封装技术。包括Amkor的MLF（Micro Lead Frame）封装，被广泛认知为QFN（Quad Flat No-Lead）封装，其CABGA（Chip Array Ball Grid Array），被称为FBGA（Fine Pitch Ball Grid Array），以及CSP（Chip-Scale Packaging），或者DRAM的BOC（Board on Chip）。

封装专家Han和芯片设计师Sutardja的相遇，为Silicon Box创造了巨大的优势。

Sutardja观察到，“今天每个人都在孤立地工作”。芯片设计人员的工作是秘密进行的。只有在设计接近尾声时，他们才会向封装人员提出减少或增加金属间距或层数等问题。在那个后期阶段，封装人员几乎总是会拒绝设计人员的需求。

简而言之，“没有人为了芯片的整体性能而优化设计或封装”。同时，每个人都在恐慌，因为似乎没有人知道其中的利弊，也没人知道芯片设计师或封装工程师采取某些行动的后果。

TSMC‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

在晶圆厂中，TSMC是个例外。它能够制造和封装chiplet。

Sutardja说：“TSMC相当独特。他们不仅有庞大的资源，而且对他们的大客户非常友好。”

如果A公司希望TSMC以某种方式生产chiplet，TSMC愿意这样做，使用TSMC的CoWoS平台的变体，例如称其为CoWoS X。B公司可能希望有所变化，TSMC将进行适配，并将其标记为CoWoS Y。

这对TSMC的客户来说都很好。但是，这并不能帮助行业看到哪种chiplet效果更好。Sutardja预测，“十个中有九个会失败。希望成功的那一个能成为标准。”然而，即使晶圆厂弄清楚了什么是有效的，也未必能找到成本最低的生产模式。他强调，“你可以过度设计，却永远找不到最具成本效益的解决方案。”

尽管如此，根据Sutardja的说法，Silicon Box对Sutardja和Han的团队能够成功有足够的信心。他说：“我们并不是FinFET或GAA晶体管方面的专家，因为那不是我们所做的。但在金属化、基本知识和化学方面，我们在世界首屈一指。”

还有另一个问题。

TSMC是晶圆厂，它并不是一家封装公司。为什么TSMC在先进的chiplet封装中占据如此重要的地位？

答案很简单，Sutardjia表示，Chiplet的先进封装“如此复杂，以至于没有一家OSAT公司能做到。或者，这个任务实在太难了。”

晶圆与面板‍‍‍‍‍‍

在chiplet封装中，TSMC正在使用晶圆InFO（integrated Fan-Out）或CoWoS，一种晶圆级系统集成平台。

虽然TSMC正在使用一个300mm的圆形晶圆，但据Han称，“但我们在Silicon Box，正在使用一个更大的600mmx600mm面板。我们称之为方形基板。”Silicon Box的竞争策略是使用更大的面板并容纳更多的方形或矩形瓦片（tile），根据瓦片的大小，可容纳的单位数量是正方形或长方形瓦片的6-9倍。这使得成本可能降低五分之一。

那么Silicon Box的方形面板的材料是什么呢？

例如，Intel计划使用玻璃作为chiplet的基板。Intel的高级副总裁兼装配/测试发展总经理Babak Sabi在最近的Semicon West上说，“玻璃基板让我们能够将这些由AI所需的巨大复合体聚集在一起，你可以完全省去interposer。”

对于Silicon Box来说，问题在于如何最佳地优化不同类型的chiplet的成本。数据中心AI、客户端设备和电动车的chiplet需要不同的成本结构。Han未透露他的公司用于方形基板的具体材料。

Sutardja说：“我们并没有使用一些疯狂的东西。对于我们所知的材料，我们有办法克服挑战，无论遇到什么问题。”

中国‍‍‍‍‍

如果由于当前的中美政治紧张局势，中国无法从TSMC那里获得更精细的2D工艺技术，那么chiplet可能会为中国客户开启新的可能性。Chiplet的方法可以让在不同工艺节点生产的chiplet在一个封装中进行混合和匹配。Silicon Box位于新加坡，是一个中立区域。Sutardja说：“你看，我们不是一个政治组织。我们提供的技术将使全球数十亿人能够以一半的功率获得双倍的计算性能。”

行业支持‍

曾在Marvell任CEO的Sutardja和公司总裁Dai在2016年4月从他们共同创立的公司中辞职。这发生在激进投资者Starboard Value LP公开在Marvell持股后不久。

尽管调查证明两位高级执行官没有任何不当行为，但他们对Marvell销售团队的强硬态度以及一些财务不规则行为，导致了公司创始人被逐出的结果。

当被问及那段历史时，Sutardja说：“我和公司有一份协议，不会诋毁任何人。”Dai指出已经有一些公司排队成为Silicon Box的客户，他表示“行业知道我们的业绩，并且信任我们。”

先进的封装技术是chiplet成功因素中的缺失环节。Silicon Box声称它已经准备好满足这个需求，且具成本效益。他们甚至自豪地宣称，未来将在新加坡以外的地方建立更多的工厂。但首要的最大挑战是要证明那些质疑者们是错的，他们认为一个初创的chiplet代工厂是个遥不可及的梦想。

审核编辑：刘清