【文/觀察者網 呂棟 編輯/周遠方】

8月19日，在2022世界半導體大會暨南京國際半導體博覽會上，CIC灼識咨詢合伙人趙曉馬提出，隨著半導體行業(yè)進入后摩爾定律時代，新集成Chiplet和新材料SiC是未來的發(fā)展方向。

其中，Chiplet在GPU、FPGA等高算力領域潛力巨大，2021年全球Chiplet市場規(guī)模達到18.5億美元，預計未來五年仍將以46%的年均復合增長率高速增長；新材料SiC制成的第三代功率半導體器件未來將在制造工藝、結構改善方面進一步突破，商業(yè)化進程有望加速，2021年全球SiC器件市場規(guī)模已達84億元人民幣，預計2026年將增長到199.5億元人民幣。

基于Chiplet技術的芯片結構示意 圖源：英特爾

Chiplet被“寄予厚望”

在集成電路早期發(fā)展中，技術進步的主要驅動力是依靠尺寸微縮。所謂摩爾定律是指，集成電路上可以容納的晶體管數目在大約每經過18個月到24個月便會增加一倍。換言之，處理器的性能大約每兩年翻一倍，同時價格下降為之前的一半。

從1971年到2003年，在尺寸微縮占主導的時代，集成電路經歷了11代技術更新，尺寸實現從10微米到130納米的突破，晶體管的數量從2300增加到5.92億，但單個CPU的面積幾乎沒有增加，工藝的進步可以給集成電路帶來很大的性能提升。在尺寸微縮的最好時期，一代技術可以為計算機帶來50%以上性能的提升，大大促進個人電腦和服務器的發(fā)展。

當單純依靠尺寸微縮提升芯片性能的空間變小時，則出現了將不同功能的電路集成在一起，依靠尺寸微縮和設計優(yōu)化兩條路提升芯片性能。SoC就是將更多性能集成在單一芯片上，促進了手機/嵌入設備的發(fā)展。以CPU為例，單核處理器性能難以進一步提升時，采用了多核處理器提升性能，進一步采用了異構多核的架構、協(xié)處理器以及GPU架構、專用處理器等。

不過，隨著處理器的核越來越多，芯片復雜度增加，設計周期越來越長，成本大大增加，SoC芯片驗證的時間、成本也在急劇增加，大芯片快要接近制造瓶頸，特別是一些高端處理芯片、大芯片，單純靠傳統(tǒng)的SoC這條路走下去已遭遇瓶頸，需要從系統(tǒng)層面來考慮。

圖源：灼識咨詢

灼識咨詢指出，后摩爾時代，Chiplet由于其高性能、低功耗、高面積使用率以及低成本受到廣泛關注，在延續(xù)摩爾定律的“經濟效益”方面被寄予厚望。

Chiplet通常被翻譯為“芯?！被颉靶⌒酒?。單從字面意義上可以理解為更為“粒度更小的芯片”。通過半導體制造將若干“芯粒”集成，而非純粹封裝集成，以此形成復雜功能芯片，可以突破單芯片光刻面積的瓶頸，突破設計周期制約等。

舉例來說，在一顆7nm制程芯片中，一些次要的模塊可以用如22nm的制程做成Chiplet，再“拼裝”至7nm芯片上，原理如同搭積木一樣，這樣可以減少對7nm工藝制程的依賴。

8月初以來，包括大港股份、芯原股份、中京電子、同興達、蘇州固锝、中富電路、朗迪集團、晶方科技、長電科技、通富微電、華天科技、華峰測控在內的多只Chiplet概念股表現活躍。

基于Chiplet技術的芯片結構示意

灼識咨詢報告指出，盡管Chiplet的標準化才剛剛起步，但它已在高性能CPU、FPGA等領域表現出獨特優(yōu)勢，未來市場空間巨大。Chiplet也已吸引英特爾和AMD等國際芯片廠商投入相關研發(fā)，在當前SoC遭遇工藝節(jié)點和成本瓶頸的情況下有望發(fā)展成為一種新的芯片生態(tài)。

市場信息顯示，華為于2019年推出了基于Chiplet技術的7nm鯤鵬920處理器；AMD今年3月推出基于臺積電3D Chiplet封裝技術的服務器處理芯片；蘋果則推出了采用臺積電CoWos-S橋接工藝的M1 Ultra芯片。

中國科學院院士劉明日前在一場講座上指出，集成芯片是摩爾時代國際集成電路技術創(chuàng)新的前沿，為我國提供了一條基于自主低世代集成電路工藝研制高端芯片的新途徑?！爸袊芯薮蟮氖袌?，依靠產業(yè)來推動，可能也可以形成自己的標準和生態(tài)，大家倡導很久的硬件開源，也許會搭載這樣一個機遇得以實現?！?

灼識咨詢報告提到，Chiplet模式落地必須實現異構芯片的集成，其中涉及兩個難點：異構芯片之間的互連、集成性能的優(yōu)化，先進封裝技術是后者的關鍵。目前行業(yè)內主要的先進封裝工藝有倒裝封裝、晶圓級封裝、2.5D/3D封裝以及SiP系統(tǒng)級封裝等，后三者是行業(yè)焦點。