據(jù)8月31日消息，多家外媒報道，美國政府要求英偉達和AMD對中國區(qū)客戶斷供用于人工智能和數(shù)據(jù)中心的頂級計算芯片。這也是繼8月9日美國總統(tǒng)拜登簽署《芯片與科學法案》、8月15日美國斷供中國3納米以下EDA軟件后，美國對中國半導體產(chǎn)業(yè)的又一大限制措施。
作為現(xiàn)代高科技產(chǎn)業(yè)的基礎，半導體產(chǎn)業(yè)是支撐我國經(jīng)濟社會發(fā)展和保障國家安全的戰(zhàn)略性、基礎性和先導性產(chǎn)業(yè)。
隨著中美半導體競爭日漸白熱化，從半導體產(chǎn)業(yè)三大領域“設計、制造、封裝”，到如今乃至依賴半導體的相關產(chǎn)業(yè)，凡是薄弱點，都美國受到限制。
缺芯少芯一直是高懸在我們頭頂?shù)倪_摩克里斯之劍。
通過深入了解近期火爆的Chiplet概念，或許可以更深刻的了解國產(chǎn)半導體行業(yè)。
Chiplet扛起后摩爾時代大旗
剛剛過去的八月，Chiplet是半導體產(chǎn)業(yè)熱詞，沒有之一。
多家券商發(fā)布研報，認為Chiplet是國產(chǎn)芯片彎道超車的關鍵，Chiplet概念股異軍突起，相關個股紛紛漲停。
如今Chiplet話題逐漸降溫，現(xiàn)在回頭看看，Chiplet真的是國內(nèi)芯片崛起的關鍵嗎？
Chiplet概念，本質(zhì)上并不是一種技術，而是芯片設計封裝的一種概念，甚至可以說是相關從業(yè)人員靈光乍現(xiàn)的一個想法。
2015年，Marvell創(chuàng)始人之一周秀文博士在ISSCC2015大會上提出的Mochi（Modular Chip，模塊化芯片）架構的概念，他認為Mochi可以成為許多應用的基準架構，并不局限于半導體領域。
Mochi概念提出后，隨著尺寸微縮，半導體產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了摩爾定律周期逐步放緩，成本急劇攀升的問題。
以intel 10nm工藝難產(chǎn)為例，根據(jù)intel更新路線，由于技術不成熟，芯片頻率上不去等原因，2017年推出 14nm＋＋工藝被迫營業(yè)到了2021年，10nm工藝才趨于成熟。
在芯片開發(fā)成本上，有消息稱28nm節(jié)點上開發(fā)只要5130萬美元，16nm節(jié)點需要1億美元，7nm節(jié)點需要2．97億美元，到了5nm節(jié)點，開發(fā)芯片的費用達到5．42億美元，至于先進的3nm節(jié)點，蘋果都決定放棄使用：近日有消息稱由于蘋果不滿意臺積電的3nm的生產(chǎn)成本和性能提升，決定取消臺積電3nm訂單，甚至臺積電內(nèi)部已經(jīng)決定放棄第一代3nm工藝。
在多重壓力的驅(qū)動下，AMD、臺積電、intel等行業(yè)巨頭挖掘了Mochi概念在半導體產(chǎn)業(yè)的可行性，形成了現(xiàn)在的Chiplet。
相比原來所有功能模塊刻蝕在單一晶片上，Chiplet概念像拼接樂高積木一樣將不同作用的芯片用封裝技術整合在一起，在提升性能的同時實現(xiàn)低成本和高良率。
AMD借助Chiplet概念，當intel還沉浸在“14nm＋＋＋＋”工藝時，幾乎將intel按在地上摩擦。
2017年，AMD為降低成本，盡可能少設計芯片，推出了素有膠水核心之稱的第一代Zen處理器，最終實現(xiàn)一顆芯片可以覆蓋從消費級到服務器級的場景，避免了大核心帶來的良率問題，大幅度降低了成本。
2019年，為了應對7nm大幅增長的成本，在Zen2處理器上AMD的膠水核心上更近一步，將CPU核心與IO核心分離，高性能CPU核心采用7nm工藝制造，對工藝不敏感的IO核心上采用14nm／12nm工藝，曾有分析顯示，相比一個大型的7nm芯片，Zen2處理器成本降低25％以上。
受高端AI芯片斷供影響，連續(xù)三個交易日內(nèi)（2022年8月31日、9月1日、9月2日）收盤價格漲幅偏離值累計達到30％以上的寒武紀－U，就曾公開聲明旗下云端AI芯片370采用了Chiplet概念。
標準化協(xié)議發(fā)布，行業(yè)競爭加劇
2022年3月，為了讓Chiplet更好發(fā)展，Arm、AMD、Meta、intel、谷歌云、微軟、高通、三星、日月光和臺積電等發(fā)起了UCIe產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，推出了UCIe 1．0協(xié)議。
UCIe 1．0是一個開放的小芯片互連協(xié)議，通過建立芯片到芯片（die－to－die）的標準化互連標準并促進開放式Chiplet生態(tài)系統(tǒng)，滿足客戶對可定制封裝要求。
其目標是建立一個全行業(yè)可用的開放平臺，并以此為基礎創(chuàng)建支持異構集成的開放式小芯片生態(tài)系統(tǒng)。
圍繞開放平臺協(xié)調(diào)整個半導體行業(yè)，依據(jù)UCIe1．0協(xié)議使基于小芯片的解決方案能夠形成支持異構集成的開放小芯片生態(tài)系統(tǒng)，從而保持混合與匹配來自不同工藝節(jié)點、代工廠和供應商的小芯片的靈活性，通過復用現(xiàn)有的小芯片來縮短上市時間。
現(xiàn)如今Chiplet有成熟的技術支持，有UCIe標準化的協(xié)議規(guī)范，甚至有多個芯片產(chǎn)品驗證，Chiplet概念已然成為半導體產(chǎn)業(yè)最重要的發(fā)展方向。
對于Chiplet來說，最為關鍵還是在于先進封裝技術，使得每個“Chiplet”高速互聯(lián)在一起，整合成一個系統(tǒng)級芯片。
此次成立UCIe產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的十家行業(yè)巨頭中，僅有日月光一家封測廠，這也意味著Chiplet的互聯(lián)標準主要由前道工序廠商把控，使得作為后道工序的封測廠商顯得較為被動。
UCIe標準協(xié)議的發(fā)布，大大提高了對半導體封裝企業(yè)的工藝要求。
根據(jù)UCIe 1．0協(xié)議，Chiplet模式下可以混合與匹配來自不同工藝節(jié)點、代工廠和供應商的小芯片，通過復用現(xiàn)有的小芯片來縮短上市時間。
這對國內(nèi)封測企業(yè)提出了不小的挑戰(zhàn)。
相比Chiplet封裝，雖然目前應用廣泛的SiP （System in Packaging， 系統(tǒng)級封裝）技術也是通過不同元件間的整合與封裝，但是Chiplet對于封裝技術的要求更高，因為每顆芯粒之間需要高密度的互聯(lián)，才能實現(xiàn)類高速的互聯(lián)，達到類似原來單個大芯片中各個功能模塊間的信號傳輸速度。
目前來看，可應用于Chiplet的封裝解決方案主要是2．5D和3D封裝。
目前國際上2．5D封裝技術發(fā)展已經(jīng)非常成熟，并且已經(jīng)廣泛應用于FPGA、CPU、GPU等芯片當中，近年來，隨著Chiplet架構的興起，2．5D封裝也成為了Chipet架構產(chǎn)品主要的封裝解決方案。
相比2．5D技術，全新的3D封裝技術更適合于Chiplet，3D封裝能夠幫助實現(xiàn)3DIC，即芯粒間的堆疊和高密度互聯(lián)，可以提供更為靈活的設計選擇。但是，3D封裝的技術難度也更高，目前主要有英特爾和臺積電掌握3D封裝技術并有商用。
盡管目前國內(nèi)封測企業(yè)已在相關領域占據(jù)一席之地
根據(jù)2021年全球委外封測（OSAT）榜單顯示，2021年委外封測整體營收較2020年增長21．85％，達到2860億元；其中前十強的營收達到2217億，較2020年增長22．39％。根據(jù)總部所在地劃分，前十大委外封測公司中，中國大陸有三家企業(yè)上榜，江蘇長電、通富微電和天水華天，總市占率為20％；中國臺灣有五家，市占率為40．7％，；美國一家，市占率為13．5％；
盡管目前國內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè)鏈相關企業(yè)也在積極的布局2．5D／3D封裝技術，相比國外廠商起步較晚，仍有一定差距。
作為國內(nèi)封測龍頭企業(yè)，今年6月才加入UCI聯(lián)盟的江蘇長電，現(xiàn)有封裝技術集中在C、WLP、Fanout、Bumping、SiP、TSV、PoP等封裝平臺及工藝，目前在大力推動其2．5D封裝技術的量產(chǎn)。
近期通富微電透露，可為客戶提供多樣化的Chiplet封裝解決方案，并且已為AMD大規(guī)模量產(chǎn)Chiplet產(chǎn)品。但受限于市占率不高，相比頭部廠商競爭力有限。
而天水華天僅僅聲明已具備了chiplet封裝技術平臺。
值得注意的是，近期在股市一路高歌猛進的海光信息在招股書中披露，已完成Chiplet、2．5D等先進封裝的設計與實現(xiàn)，相關技術已應用在海光處理器產(chǎn)品中。
頻繁斷供，半導體產(chǎn)業(yè)路在何方
在芯片設計和測試領域，雖然Chiplet概念無需設計復雜完整的大芯片，但將原有完整的芯片模塊化分解成一個個小芯粒，并將其整合到一個封裝中，系統(tǒng)復雜度大大提升，對國內(nèi)原本就不具優(yōu)勢的設計領域提出了更高的要求。
生產(chǎn)過程中，即便有Chiplet概念的加持，受限于經(jīng)濟成本，主要IP（比如計算core）依然必須采用較新的工藝制程才能保證性能，在當前美國限制EUA光刻機的政策影響下，國內(nèi)芯片制造企業(yè)仍有很長的一段路要走。
目前臺積電和三星均宣布3nm工藝投產(chǎn)，相比之下，受限于美國EUA光刻機限制，國內(nèi)芯片代工頭部企業(yè)中芯國際7nm工藝剛剛突破。
據(jù)財報披露，2021年全年臺積電營收568．2億美元，28nm及以下制程的營收占比高達75％，其中僅5nm的營收占比就已經(jīng)達到了19％，先進制程對其營收的貢獻十分明顯。
相比之下，中芯國際全年營收約54．4億美元，其中28nm及以下制程的營收占比，到去年的第四季度才升至18．6％。
說起芯片生產(chǎn)，便不得不提近期被美國斷供的EDA軟件。
EDA軟件，全稱電子設計自動化，指利用計算機輔助設計軟件來輔助完成超大規(guī)模集成電路芯片的設計。在芯片設計領域，隨著芯片設計越來越復雜，集成晶體管數(shù)量可達數(shù)十億甚至上百億規(guī)模，不借助EDA軟件已經(jīng)無法完成芯片設計，因此EDA軟件也被成為芯片之母。
在Chiplet概念下，如今的EDA軟件更是貫穿了芯片設計、制造、封測整個流程。
相比原來的單芯片來說，Chiplet概念下的設計和封裝是完全獨立的。其內(nèi)部各個芯?？赡懿捎玫氖遣煌闹瞥坦に嚕煌軜?，同時還需要加入高速互聯(lián)總線，不同的接口、緩存，甚至各個功能模塊還可能需要用到不同的材料。因此在芯片設計之初，就需要考慮到完整的系統(tǒng)層級設計和優(yōu)化。
在封裝過程中，模塊化芯片之間如何連接，不同芯片之間如何封裝，都需要借助EDA軟件不斷地仿真模擬，完成信號、電源、熱等協(xié)同設計。
EDA軟件位于半導體產(chǎn)業(yè)鏈的上游，近年來，在下游強勁需求以及技術融合趨勢下，全球EDA市場規(guī)模呈現(xiàn)穩(wěn)定上升趨勢。根據(jù)SEMI統(tǒng)計，全球EDA市場規(guī)模已從2012年的65．40億美元提升至2020年的114．70億美元，復合增速達7．30％。
有研究院預測，2022年，全球EDA行業(yè)市場規(guī)模預計將達到136．40億美元。
Synopsys、Cadence和SiemensEDA是公認的EDA軟件三巨頭，三家企業(yè)均擁有完整的全流程EDA工具，且部分流程工具在細分領域擁有絕對優(yōu)勢，根據(jù)賽迪智庫和前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2020年國際EDA三大巨頭的EDA軟件占據(jù)國內(nèi)市場份額的78％。
值得注意的是，我國本土EDA廠商華大九天在中國EDA市場市占率排名第四，為5．9％。
相比國際領先企業(yè)提供的EDA產(chǎn)品及服務較為豐富，并且擁有自身的拳頭產(chǎn)品，業(yè)務遍布全球，競爭力較強。我國EDA本土領先廠商主要專注于某一細分領域，提供的EDA產(chǎn)品較為單一，競爭力一般，3nm以下的EDA軟件更是國產(chǎn)軟件的無人區(qū)。
如今美國斷供中國3nm以下EDA軟件，對國產(chǎn)半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展來講無疑是雪上加霜。
受限于起步較晚，相關技術嚴重依賴進口，國內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè)距離國際先進技術仍有一段差距。而Chiplet概念作為先進封裝的一種方式，在相關技術實力沒有完全追趕的情況下，很難助力中國半導體產(chǎn)業(yè)彎道超車，如今美國從EUV光刻機到EDA軟件，從技術到產(chǎn)品，全方位多領域封鎖國內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè)，國產(chǎn)強芯之路任重而道遠。
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