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經(jīng)濟觀(guān)察網(wǎng) 記者鄭晨燁“美國管制新規草案出臺后，很多業(yè)外人士甚至部分業(yè)內人士都把Chiplet（芯粒）當救命稻草了。”10月17日，北京一家芯片企業(yè)的前端工程師李振在電話(huà)中告訴記者。
他所提到的美國管制新規草案，是指10月7日，美國商務(wù)部產(chǎn)業(yè)安全局最新出臺的對華半導體出口限制措施，其中主要內容包括對18納米或以下的DRAM芯片、128層或以上的NAND閃存芯片和14納米或以下的邏輯芯片的出口，增加新的許可證要求并嚴格審查，限制美國人員在沒(méi)有許可證的情況下支持位于中國的某些半導體制造設施集成電路開(kāi)發(fā)或生產(chǎn)的能力。
面對美國“卡脖子”措施的不斷升級，通過(guò)Chiplet模式實(shí)現國產(chǎn)半導體產(chǎn)業(yè)的“彎道超車(chē)”開(kāi)始逐步成為市場(chǎng)中的熱議話(huà)題，也在A(yíng)股中催化出了Chiplet概念板塊，將這一陌生的名詞帶到了資本市場(chǎng)的投資者面前。
“Chiplet模式，可以將多個(gè)采用低工藝制程的模塊，比如22nm工藝的模塊拼裝在一起，從而達到7nm工藝芯片的性能，使得廠(chǎng)商可以繞開(kāi)先進(jìn)制程工藝的限制。”李振表示。
Chiplet是什么？
1965年，英特爾創(chuàng )始人戈登·摩爾總結了一個(gè)趨勢，即集成電路上可以容納的晶體管數目在大約每經(jīng)過(guò)18個(gè)月到24個(gè)月便會(huì )增加一倍，性能也將提升一倍，同時(shí)其價(jià)格也會(huì )降低為原來(lái)的一半。
這一原本是摩爾等業(yè)內人士的經(jīng)驗之談，在經(jīng)過(guò)歸納后便逐漸成了影響半導體行業(yè)發(fā)展至今的摩爾定律。
“摩爾定律并非自然規律，應該被視為對集成電路性能發(fā)展的觀(guān)測或預測。過(guò)去半個(gè)多世紀以來(lái)，半導體行業(yè)大致按照摩爾定律發(fā)展。”灼識咨詢(xún)合伙人趙曉馬向記者解釋。
但眼下，隨著(zhù)芯片制造工藝的不斷發(fā)展，按照摩爾定律提高晶體管密度以提升芯片性能的方法，也逐漸遇到了瓶頸。
“單個(gè)芯片上集成的晶體管數量從幾千個(gè)增加到十幾億個(gè)，受制于芯片尺寸的物理極限、光刻技術(shù)、隧道效應、功耗和散熱、供電能力等問(wèn)題，制造工藝從5nm升級到3nm再到2nm，其間隔都超過(guò)了2年時(shí)間。”趙曉馬進(jìn)一步指出，
面臨摩爾定律發(fā)展趨緩，開(kāi)發(fā)先進(jìn)制程的成本及研發(fā)難度不斷提升的現狀，半導體行業(yè)開(kāi)始拓展新的技術(shù)路線(xiàn)試圖延續摩爾定律，而如今被視為“救命稻草”的Chiplet概念也由此提出。
趙曉馬告訴記者，在后摩爾時(shí)代，新集成、新材料、新架構成為行業(yè)創(chuàng )新的焦點(diǎn)。而在新集成中，就包括Chiplet和先進(jìn)封裝，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(guān)注，在FPGA（可編程器件）、GPU（圖形處理器）等高性能計算市場(chǎng)具備很高潛力。
“Chiplet，本質(zhì)上是一個(gè)設計理念，它將不同工藝、不同功能的模塊化芯片，通過(guò)封裝和互聯(lián)等方式，像拼接樂(lè )高積木一樣用封裝技術(shù)整合在一起，形成一顆芯片。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，Chiplet是小芯片或者說(shuō)芯粒在封裝層面整合的解決方案。”上?？究萍籍a(chǎn)品副總裁王曉陽(yáng)在接受經(jīng)濟觀(guān)察網(wǎng)記者采訪(fǎng)時(shí)表示。
趙曉馬認為，Chiplet最大的特點(diǎn)就是從系統的角度來(lái)延續“摩爾定律”的經(jīng)濟效益，器件將以多種方式集成，系統空間內的功能密度將持續增長(cháng)。
“首先，Chiplet可提供較大的性能功耗優(yōu)化空間，支持面向特定領(lǐng)域的靈活定制。其次，有效提升信號傳輸質(zhì)量和帶寬。第三，利用小芯片（具有相對低的面積開(kāi)銷(xiāo)）低工藝和高良率的特性，可以有效降低成本。第四，可以有效縮短芯片的研發(fā)周期及節省研發(fā)投入，并降低研制風(fēng)險。”趙曉馬補充說(shuō)。
在王曉陽(yáng)眼中，Chiplet作為一條跨越摩爾定律的技術(shù)路徑，對產(chǎn)業(yè)鏈上IP（可復用設計模塊）公司、先進(jìn)封裝公司、晶圓公司來(lái)說(shuō)，不亞于是一次革命性的改變。
“以前的SoC（系統級芯片）設計方法學(xué)中IP已經(jīng)設計成可以復用的，但是形成SoC原型設計以后該走的軟硬件協(xié)同驗證、后端與物理設計、流片制造的流程一個(gè)也少不了。”王曉陽(yáng)告訴記者。
“如果是Chiplet的話(huà)，只需要直接做一次封裝加工就可以用起來(lái)，其復用程度遠超過(guò)現在的IP。”他進(jìn)一步解釋。
Chiplet模式所具有的諸多優(yōu)勢，讓各類(lèi)芯片廠(chǎng)商紛紛加快自身在這一領(lǐng)域的技術(shù)布局。
就在今年3月，包括英特爾、AMD、臺積電在內的10家集成電路領(lǐng)域的頭部廠(chǎng)商發(fā)起成立了UCIe產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟 (Universal Chiplet Interconnect Express) ，旨在進(jìn)一步加速Chiplet生態(tài)的發(fā)展，制定行業(yè)間的互聯(lián)標準，其中也包括多家中國大陸半導體公司，例如芯原股份、芯和半導體、長(cháng)電科技、燦芯半導體等。
據市場(chǎng)研究機構Omdia測算，2021年全球Chiplet市場(chǎng)規模已達到18.5億美元，預計未來(lái)五年仍將以46%的年均復合增長(cháng)率高速增長(cháng)，到2035年全球Chiplet市場(chǎng)規?；驅⒊^(guò)570億美元。
國產(chǎn)IP設計產(chǎn)業(yè)受益
“目前在布局Chiplet領(lǐng)域的A股上市公司有兩類(lèi)，分別是IP設計公司、先進(jìn)封裝與封測設備公司。其中，IP設計領(lǐng)域的代表公司是芯原股份（688521.SH），封裝領(lǐng)域的代表公司有通富微電（002156.SZ）及長(cháng)電科技（600584.SH）。”滬上一家大型券商的電子首席分析師王泓告訴經(jīng)濟觀(guān)察網(wǎng)記者。
記者了解到，Chiplet本質(zhì)上是一種異構集成，即將不同制程、不同性質(zhì)的芯片整合在一起，由此也給芯片產(chǎn)品帶來(lái)了三大挑戰，分別是：芯片帶寬不一致導致的信號傳輸不穩定、Chiplet互連不直接導致的功耗不平衡、Chiplet的堆疊導致的散熱問(wèn)題。
“先進(jìn)封裝是解決Chiplet異構集成的關(guān)鍵方式，目前行業(yè)內主要的先進(jìn)封裝工藝有倒裝封裝、晶圓級封裝、2.5D/3D封裝以及系統級封裝等，尤其后三者是行業(yè)焦點(diǎn)。“趙曉馬指出。
作為封測領(lǐng)域領(lǐng)軍企業(yè)的通富微電在今年的半年報中，曾披露表示：“公司通過(guò)在多芯片組件、集成扇出封裝（晶圓級封裝的一種形式）、2.5D/3D 等先進(jìn)封裝技術(shù)方面的提前布局，可為客戶(hù)提供多樣化的 Chiplet封裝解決方案，并且已為AMD大規模量產(chǎn) Chiplet 產(chǎn)品。”
長(cháng)電科技也在9月25日于上證e互動(dòng)回復投資者稱(chēng)：“得益于集團全資子公司星科金朋在Chiplet 相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域積累的長(cháng)期量產(chǎn)經(jīng)驗和大量專(zhuān)利，公司目前擁有用于Chiplet封裝的超大尺寸FCBGA（倒裝芯片封裝）封裝技術(shù)能力，多層芯片超薄堆疊及互聯(lián)技術(shù)能力，與極高密度多維扇出型（一種降低尺寸與成本的封裝工藝）異構集成技術(shù)能力，正在持續推進(jìn)該技術(shù)的生產(chǎn)應用和客戶(hù)產(chǎn)品的導入。”
而在早前4月份的一場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )調研中，長(cháng)電科技方面就曾表示，公司2021年先進(jìn)封裝包括除打線(xiàn)與測試外的其他封裝形式，收入占比已達60%以上。
不過(guò)，從上述兩家公司的財務(wù)表現看，先進(jìn)封裝的應用，尚未改變其營(yíng)收規模較小、盈利能力較弱的現狀。
根據長(cháng)電科技2022年半年報披露，2022年1月份至6月份，長(cháng)電科技實(shí)現營(yíng)業(yè)收入155.94億元，同比增長(cháng)12.85%；實(shí)現扣非凈利潤僅14.09億元，同比增長(cháng)50.14%，這一數據相比去年同期217.62%的增速水平已是大幅放緩。
而通富微電的情況則更不樂(lè )觀(guān)，該公司今年上半年實(shí)現營(yíng)業(yè)收入95.67億元，同比增長(cháng)34.95%；實(shí)現扣非凈利潤僅3.65億元，同比下降14.23%。
對于盈利水平的下降，通富微電在半年報中歸結于“受匯率波動(dòng)影響”。
“由于技術(shù)含量較低，對于封測行業(yè)，盈利能力較弱一直是個(gè)繞不開(kāi)的話(huà)題，但從長(cháng)期來(lái)看，先進(jìn)封裝有望改變這一現狀，隨著(zhù)Chiplet技術(shù)的持續落地，先進(jìn)封裝有望給行業(yè)內公司提供充足成長(cháng)動(dòng)能。”王泓告訴記者。
此外，王泓指出，相較于封測領(lǐng)域，國產(chǎn)IP設計產(chǎn)業(yè)在Chiplet的快速發(fā)展中受益會(huì )更多。
所謂芯片IP，即指芯片中預先設計、驗證好的功能模塊，這些模塊在芯片設計過(guò)程中可被反復使用，因此，業(yè)內也有觀(guān)點(diǎn)將Chiplet技術(shù)稱(chēng)為不同芯片IP間的組合。
“打個(gè)形象地比喻，芯片設計公司需要做滿(mǎn)漢全席，而IP就可以看成是一道菜的菜譜，告訴他這道菜該怎么做，而Chiplet則可以看成是這道菜的預制菜，芯片設計公司僅需要簡(jiǎn)單加熱即可上桌。”王曉陽(yáng)告訴記者。
“比如我們是做高速互聯(lián)的IP，可以提供給芯片設計公司，我們既可以銷(xiāo)售IP的方式（菜譜），也可以把IP做成Chiplet產(chǎn)品硬件化（預制菜），提供給客戶(hù)。”他進(jìn)一步向記者解釋說(shuō)。
趙曉馬指出，傳統單片系統設計方式是從不同的IP供應商處購買(mǎi)IP，結合自研模塊集成，而在Chiplet模式下只需要購買(mǎi)供應商生產(chǎn)好的Chiplet小芯片，將其封裝形成系統芯片即可。
“Chiplet是新的硅片級IP重用模式，在工藝選擇、架構設計上都具有靈活性，優(yōu)化了IP硬核（已成型的功能模塊）無(wú)法修改導致的復用困難和使用范圍較窄的問(wèn)題。”他分析稱(chēng)。
王曉陽(yáng)告訴經(jīng)濟觀(guān)察網(wǎng)記者，其所在公司的IP產(chǎn)品已經(jīng)成功在一些知名廠(chǎng)商的7納米以上工藝節點(diǎn)得到驗證并實(shí)現量產(chǎn)，目前產(chǎn)品已能涵蓋從12nm到180nm的基礎庫IP，7nm到110nm的接口類(lèi)IP，以及模擬IP和定制服務(wù)。
“目前我們的研發(fā)團隊﹐正在集中力量自主研發(fā)14／12納米及以下的先進(jìn)工藝IP。”王曉陽(yáng)進(jìn)一步補充說(shuō)。
李振則告訴記者，目前數據中心、汽車(chē)電子及電腦處理器三大領(lǐng)域是Chiplet技術(shù)的主流應用方向。
“Chiplet的車(chē)規級產(chǎn)品落地較快，國產(chǎn)的GPU（圖形處理器）、NPU（神經(jīng)處理單元）、ISP（圖像信號處理器）等IP產(chǎn)品已經(jīng)被廣泛應用于車(chē)載系統當中，比如輔助駕駛模塊，車(chē)載大屏等等。”李振說(shuō)，
王曉陽(yáng)亦表示，隨著(zhù)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)智能化和網(wǎng)聯(lián)化程度的不斷提高，汽車(chē)自動(dòng)駕駛和智能座艙采用了復雜的SOC芯片，計算/感知/執行都需要更快的數據傳輸能力給予支撐，而Chiplet可以大幅簡(jiǎn)化汽車(chē)芯片迭代時(shí)的設計工作和車(chē)規流程，同時(shí)增加汽車(chē)芯片的可靠性。
國產(chǎn)IP行業(yè)的龍頭芯原股份在2022年的半年報中分析稱(chēng)：“在汽車(chē)‘缺芯’潮的背景下，大眾、福特、通用、北汽、比亞迪等傳統汽車(chē)制造企業(yè)和特斯拉、小鵬、蔚來(lái)、理想、零跑等新能源汽車(chē)廠(chǎng)商紛紛表示將要自主設計汽車(chē)芯片，這種趨勢為集成電路設計產(chǎn)業(yè)中半導體 IP 和芯片設計服務(wù)的發(fā)展擴展了市場(chǎng)空間。”
根據行業(yè)研究機構Statista的數據顯示，2020 年全球汽車(chē)電子市場(chǎng)規模約為2180億美元，到2028年有望達到4000多億美元，增長(cháng)逾80%，年復合增長(cháng)8%左右。
但值得注意的是，目前在IP設計領(lǐng)域也依舊存在“卡脖子”的現象。
“目前全球主要的IP供應商來(lái)自英美，尤其是在高速互聯(lián)IP，高端CPU、GPU等核心IP領(lǐng)域，國際大廠(chǎng)已經(jīng)形成了較高的技術(shù)壁壘。國內IP企業(yè)雖然正在向國際領(lǐng)先IP廠(chǎng)商全面追趕，但行業(yè)整體底子還較為薄弱。”王曉陽(yáng)告訴記者。
他指出，目前在IP領(lǐng)域的國產(chǎn)化率還比較低，在高速接口IP，高端GPU/CPU IP領(lǐng)域的國產(chǎn)化進(jìn)程仍處于起步階段。海外芯片巨頭在Chiplet領(lǐng)域也較為領(lǐng)先。
在他看來(lái)，近幾年國內芯片設計的水平進(jìn)步十分顯著(zhù)，但更多還局限在“如何把芯片設計完成并落地”。
“IP設計屬于產(chǎn)業(yè)鏈上游，所要解決的是工程問(wèn)題而不是科學(xué)問(wèn)題，而工程問(wèn)題需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游進(jìn)行磨合，需要客戶(hù)幫助發(fā)現、解決問(wèn)題，以進(jìn)行迭代。所以，國產(chǎn)IP只要有機會(huì )去不斷嘗試、突破，是非常有機會(huì )趕超的。”王曉陽(yáng)進(jìn)一步補充說(shuō)，
繞不開(kāi)的先進(jìn)制程
10月7日，美國商務(wù)部產(chǎn)業(yè)安全局（BIS）再度出臺了對華半導體出口限制措施，旨在進(jìn)一步限制國內獲得先進(jìn)計算芯片、開(kāi)發(fā)和維護超級計算機以及制造先進(jìn)半導體的能力。
在美國商務(wù)部產(chǎn)業(yè)安全局官網(wǎng)上，經(jīng)濟觀(guān)察網(wǎng)記者梳理了這份管制新規的主要內容，其中，BIS表示，將對目的地為中國的半導體制造設施且能制造符合特定標準的集成電路之物項，增加新的許可證要求，許可證的相關(guān)閾值如下：非平面晶體管結構16nm或14nm或以下（即FinFET或GAAFET）的邏輯芯片半間距18nm或以下的DRAM存儲芯片；128層或以上的NAND閃存芯片。
此外，記者還注意到有一項條款，將限制美國人員在沒(méi)有許可證的情況下支持位于中國的某些半導體制造設施集成電路開(kāi)發(fā)或生產(chǎn)的能力。
“其實(shí)在10月以前，圈內就陸續有美國要加碼制裁的傳聞了，但是在真的看到條款內容時(shí)，我還是很驚訝，這是一次全方位的封殺，我們學(xué)校一些學(xué)弟都跑來(lái)咨詢(xún)我情況怎么樣，要不要轉專(zhuān)業(yè)。”李振在電話(huà)中告訴記者。
而在美國持續加碼限制中國半導體產(chǎn)業(yè)的背景下，通過(guò)Chiplet技術(shù)能繞開(kāi)先進(jìn)制程限制的觀(guān)點(diǎn)開(kāi)始風(fēng)靡于市場(chǎng)中。
“這種觀(guān)點(diǎn)大致意思是，將多個(gè)采用低工藝制程的模塊，比如22nm工藝的模塊拼裝在一起，從而達到7nm工藝芯片的性能。”李振說(shuō)。
在李振看來(lái)，這樣的做法邏輯上確實(shí)可行，也已有部分廠(chǎng)商采取了此類(lèi)方案，但該方案在經(jīng)濟效益上卻存在一定問(wèn)題。
“這種方案只能說(shuō)應急，但絕不是正道，用低工藝攢出來(lái)的產(chǎn)品，只能說(shuō)接近先進(jìn)制程芯片的部分性能，不可能完全達到同等性能，還會(huì )帶來(lái)成本的上升。”他說(shuō)，
王泓亦向記者表示，這種“曲線(xiàn)救芯”的方式，本質(zhì)上是通過(guò)偏封裝層面的技術(shù)實(shí)現，但底層制造工藝才是決定芯片性能上限的核心要素。
“光靠Chiplet沒(méi)辦法超車(chē)，而且在Chiplet領(lǐng)域我們也不領(lǐng)先，你可以通過(guò)幾個(gè)14納米模塊的聯(lián)系把性能往上提一提，但在同等面積下，肯定是比不過(guò)7nm的，先進(jìn)制程是繞不開(kāi)的，所以美國現在完全不讓你買(mǎi)先進(jìn)制程的產(chǎn)品，確實(shí)給產(chǎn)業(yè)帶來(lái)不小的麻煩。“王泓說(shuō)。
他認為，中國大陸的半導體行業(yè)，通過(guò)Chiplet實(shí)現彎道超車(chē)，繞開(kāi)先進(jìn)制程的說(shuō)法，更像是一種情緒的釋放，“最近的市場(chǎng)太需要一些好消息了。”
趙曉馬也告訴記者，Chiplet模式的出現背后是摩爾定律越來(lái)越接近極限，在這樣的背景下，半導體的技術(shù)進(jìn)步比原來(lái)更難也更慢了，這本身對于國內半導體產(chǎn)業(yè)的追趕是一個(gè)好消息。而Chiplet這個(gè)技術(shù)通過(guò)先進(jìn)封裝來(lái)實(shí)現，不需要光刻機，這對于企業(yè)而言也是好消息。
“除了好消息外，我們也要看到，目前Chiplet這塊的競爭者是原來(lái)的頂級晶圓廠(chǎng)，臺積電、三星和英特爾，他們也各自有核心技術(shù)的積累，例如臺積電的Hybrid Bonding技術(shù)，難度極高。”趙曉馬向經(jīng)濟觀(guān)察網(wǎng)記者表示。
（應受訪(fǎng)者要求，文中王泓為化名）
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