過去一年，在摩爾定律放緩以及芯片脫鉤等多個因素下，Chiplet（小芯片，又稱“芯粒”）技術被認為是提升算力密度的關鍵路徑，成為了中國半導體產業重點關注的賽道之一。

1月5日，美國、中國兩家半導體企業不約而同公布基于Chiplet的先進芯片量產：

CES 2023開幕演講上，美國芯片巨頭AMD發布全球首個集成數據中心APU（加速處理器）芯片Instinct MI300，其采用5nm和6nm的先進Chiplet 3D封裝技術，實現高達1460億個晶體管，AI 性能比前代提升8倍以上，最快2023年下半年發貨；

國內晶圓封裝龍頭長電科技（600584.SH）宣布，公司XDFOI Chiplet高密度多維異構集成系列工藝已按計劃進入穩定量產階段，同步實現4nm節點多芯片系統集成封裝產品出貨。


1、什么是小芯片？

小芯片就是chiplet,一種新興的芯片組合和制造技術。在行業內，小芯片也被叫做芯粒。從名字上我們很容易發現它傳統的芯片相比，小芯片更加地精悍靈活。事實上，小芯片就是將傳統芯片的功能進行模塊化，分別制造，然后重新組裝的技術。

傳統系統級芯片，功能復雜，從設計到制造一般是一體化完成。比如說智能手機處理器芯片中，就包含著微處理器、儲存器、基帶、模擬電路模塊等眾多部分。

以前一顆 SOC芯片，從設計和制造都是一次性完成的，所以其適用的制程工藝也是統一的。但小芯片技術卻將其分開，各個模塊進行分別設計和制造，最后再進行異構組裝。這樣一來，各個模塊就可以使用不同的制程工藝，既節省的成本也增加了效率。

更關鍵的，小芯片技術可以實現多個芯片進行堆疊，使其突破摩爾定律的限制，達到更高的性能。

實際上，Chiplet是一種芯片“模塊化”設計方案，通過2.5D/3D集成封裝等技術，能夠將不同工藝節點、不同功能、不同材質的芯片，如同搭積木一樣集成一個更大的系統級芯片（SoC)。與傳統的SoC方案相比，Chiplet模式具有設計靈活性、成本低、上市周期短等優勢，非常適用于高性能計算等領域。

例如，搭配28nm、14nm等不同制程芯片，通過Chiplet等技術集成的芯片，可接近7nm芯片性能和作用，而且成本最高降低50%以上——設計一款5nm芯片的總成本接近5億美元。而且，國產Chiplet有助于減少美國對先進技術封鎖的影響。

據統計，自2022年8月開始，“Chiplet”的百度中文搜索量突然猛增，周搜索指數最高增長6123倍。而在去年12月中的一周內，搜索量暴增1005倍，熱度僅次于“布洛芬”、口罩和抗原等。


2、小芯片技術憑借其靈活性引起業界重視

當前，半導體制造業后道流程的附加值在不斷上升，小芯片技術作為先進封裝技術的典型代表，得到業界重視。

1）小芯片技術與產品正形成規模，推出實用產品

美國半導體行業巨頭紛紛涉足小芯片技術，已取得實用化成果。2018年，AMD公司率先在霄龍型號處理器中采用小芯片設計，在單個芯片中實現較高整合度。2022年3月，蘋果公司推出采用小芯片設計的M1 Ultra處理器芯片，將兩枚M1 Max芯片互連，實現更高運算性能。2022年8月，英特爾公司發布Meteor Lake和Arrow Lake型號芯片，旨在將不同核心數量、不同的緩存大小及不同性能的模塊混合，實現高效率、低功耗。

小芯片的火熱同樣引起了中國內地廠商的興趣。地平線、壁仞科技等大算力芯片公司也表達了對小芯片技術的興趣或推出了相關產品；芯原和芯動科技等IP供應商已推出實質的接口IP,展現出對小芯片技術的躍躍欲試。

2）小芯片技術正形成標準，面向行業共贏

為了將小芯片技術全面推向市場，英特爾、AMD、ARM、臺積電、三星、日月光、高通、微軟、谷歌云和Meta等科技巨頭聯合，發起小芯片互連標準聯盟——UCIe產業聯盟，并于2022年3月發布UCIe 1.0標準，目的是通過開源設計實現芯片之間的芯片互連標準化，從而降低成本，促進更廣泛的小芯片生態系統。該標準定義了片上互連技術的物理層、協議棧和軟件模型，以及合規性測試程序。

其中，英特爾公司為UCIe標準貢獻了高級接口總線（AIB）和嵌入式多核心互連橋接（EMIB）等技術；臺積電公司貢獻了芯片-晶圓-基板(CoWoS)等技術。未來新版本的UCIe標準可能包括附加協議、更寬的數據鏈路和更高密度的連接。最終，UCIe標準的目標是像其他連接標準（如USB、PCIe和NVMe）一樣普遍和通用，同時為小芯片連接提供卓越的功率和性能指標。

UCIe產業聯盟成立后，中國企業芯原微電子、超摩科技、芯動科技、芯和半導體以及牛芯半導體等企業相繼加入了UCIe產業聯盟。這意味著全球小芯片互連標準中，也將有中國企業貢獻的一份力量。

與此同時，中國也正發展自主小芯片標準。2021年5月，中國計算機互連技術聯盟在工信部立項《小芯片接口總線技術要求》，由中國電子技術標準化研究院、中科院計算所和國內多個芯片廠商合作展開標準制定工作。該標準文件已完成起草工作，于2022年3月起公開征求意見，預計將于2022年年末正式發布，作為中國原生小芯片標準。


3、小芯片賽道機遇與挑戰并存

小芯片技術和小芯片互連聯盟的出現，很可能將催生新的商業模式，帶動半導體行業的新一輪創新。知名市場研究機構Omdia預測，到2024年全球小芯片市場規模將擴大到58億美元，較2018年的6.45億美元增長9倍；到2035年，小芯片市場規模有望增至570億美元。小芯片互連標準的建立，將有助于更多企業提高良率、降低成本、縮短開發周期以及增加產品的擴展性。企業將有機會在制程并非最領先的情況下，通過合理的搭配與優化，創造出先進芯片與系統。隨著技術上的不斷演進和工藝的日漸成熟，小芯片技術未來有可能得到更廣泛的應用。

雖然小芯片技術降低了對先進制程的依賴，但由于其涉及到不同的工藝、信號和開發流程，更需要整個產業鏈的協同。從芯片設計、晶圓制造到封裝測試等產業鏈環節，以及開發工具和開發流程，都需要統一的標準和高度的兼容性，才能真正實現互連互通、可協作的愿景。這意味著芯片產業鏈更加受“木桶效應”的支配，仍對本土制造能力和先進工藝水平有著較高的要求。

在國際競爭方面，美國仍將保持強勁競爭力。不僅是產業界，美國政界也表達了對小芯片技術的關注。2022年6月，美國智庫安全與新興技術中心（CSET）發表的《支持先進半導體封裝》（Re-Shoring Advanced Semiconductor）報告中提及：“創新將出現在小芯片、晶圓級封裝和封裝設備自動化等領域。美國應該進行投資并提供激勵措施，以確保半導體行業在這些領域的持續領先地位”。美國總統拜登8月簽署的《芯片與科學法案》中，也指出：“建議開發小芯片平臺，使初創公司和研究人員能夠以更低的成本，更快地進行創新”。這表明，未來在全球小芯片技術這一賽道中，美國將力爭領先地位。