Chiplet：延續(xù)摩爾定律概念股的新技術(shù)，在摩爾定律日趨放緩的當下，有望延續(xù)摩爾定律的“經(jīng)濟效益”。Chiplet 又稱芯�；蛘咝⌒酒�，它是將一類滿足特定功能的die（裸片），通過die-to-die 內(nèi)部互聯(lián)技術(shù)實現(xiàn)多個模塊芯片與底層基礎(chǔ)芯片封裝在一起，形成一個系統(tǒng)芯片，以實現(xiàn)一種新形式的IP 復(fù)用。目前，主流系統(tǒng)級單芯片（SoC）都是將多個負責(zé)不同類型計算任務(wù)的計算單元，通過光刻的形式制作到同一塊晶圓上。比如，目前旗艦級的智能手機概念股的SoC 芯片上，基本都集成了CPU、GPU、DSP、ISP、NPU、Modem 等眾多的不同功能的計算單元，以及諸多的接口IP，其追求的是高度的集成化，利用先進制程對于所有的單元進行全面的提升。而Chiplet 則與之相反，它是將原本一塊復(fù)雜的SoC 芯片，從設(shè)計時就先按照不同的計算單元或功能單元對其進行分解，然后每個單元選擇最適合的半導(dǎo)體制程工藝進行分別制造，再通過先進封裝技術(shù)龍頭股將各個單元彼此互聯(lián)，最終集成封裝為一個系統(tǒng)級芯片組。隨著芯片制程的演進，由于設(shè)計實現(xiàn)難度更高，流程更加復(fù)雜，芯片全流程設(shè)計成本大幅增加，“摩爾定律”日趨放緩。在此背景下，Chiplet 被業(yè)界寄予厚望，或?qū)�從另一個維度來延續(xù)摩爾定律的“經(jīng)濟效益”。

 

    Chiplet 可以大幅提高大型芯片的良率。近年來，隨著高性能計算、AI 等方面的巨大運算需求，集成更多功能單元和更大的片上存儲使得芯片不僅晶體管數(shù)量暴增，芯片面積也急劇增大。芯片良率與芯片面積有關(guān)，隨著芯片面積的增大而下降。一片晶圓能切割出的大芯片數(shù)量較少，而一個微小缺陷則可能直接使一顆大芯片報廢。

 

    Chiplet 可將單一die 面積做小以確保良率，并用高級封裝技術(shù)把不同的芯粒集成在一起。

 

    Chiplet 有利于降低設(shè)計的復(fù)雜度和設(shè)計成本。Chiplet 芯片一般采用先進的封裝工藝，將小芯片組合代替形成一個大的單片芯片。利用小芯片（具有相對低的面積開銷）的低工藝和高良率可以獲得有效降低成本開銷。除芯片流片制造成本外，研發(fā)成本也逐漸占據(jù)芯片成本的重要組成部分，通過采用已知合格裸片進行組合，可以有效縮短芯片的研發(fā)周期及節(jié)省研發(fā)投入。同時Chiplet 芯片通常集成應(yīng)用較為廣泛和成熟的芯片裸片，可以有效降低了Chiplet 芯片的研制風(fēng)險，從而減少重新流片及封裝的次數(shù)，有效節(jié)省成本。

 

    Chiplet 有望降低芯片制造的成本。SoC 中具有不同計算單元，以及SRAM、I/O 接口、模擬或數(shù)�；旌显�件等。除了邏輯計算單元以外，其他元件并不依賴先進制程也通常能夠發(fā)揮很好的性能。所以，將SoC 進行Chiplet 化之后，不同的芯粒可以根據(jù)需要來選擇合適的工藝制程分開制造，然后再通過先進封裝技術(shù)進行組裝，不需要全部都采用先進的制程在一塊晶圓上進行一體化制造，這樣可以極大的降低芯片的制造成本。以AMD 為例，AMD 第二代EPYC 服務(wù)器處理器Ryzen 采用小芯片設(shè)計，將先進的臺積電7nm 工藝制造的CPU 模塊與更成熟的格羅方德12/14nm工藝制造的I/O 模塊組合，7nm 可滿足高算力的需求，12/14nm 則降低了制造成本。

 

    全球半導(dǎo)體芯片巨廠紛紛布局Chiplet，Chiplet 未來市場空間廣闊。AMD、臺積電、英特爾、英偉達等芯片巨頭廠商嗅到了這個領(lǐng)域的市場機遇，近年來開始紛紛入局Chiplet。AMD 最新幾代產(chǎn)品都極大受益于“SiP + Chiplet”的異構(gòu)系統(tǒng)集成模式；另外，近日蘋果最新發(fā)布的M1 Ultra 芯片也通過定制的UltraFusion 封裝架構(gòu)實現(xiàn)了超強的性能和功能水平，包括2.5TB/s 的處理器間帶寬。在學(xué)術(shù)界，美國加州大學(xué)、喬治亞理工大學(xué)以及歐洲的研究機構(gòu)近年也逐漸開始針對Chiplet 技術(shù)涉及到 的互連接口、封裝以及應(yīng)用等問題開始展開研究。據(jù)Omdia 報告，預(yù)計到2024年，Chiplet 市場規(guī)模將達到58 億美元，2035 年則超過570 億美元，市場規(guī)模將迎來快速增長。

 

    UCIe：實現(xiàn)Chiplet 互聯(lián)標準的關(guān)鍵。隨著Chiplet 逐步發(fā)展，未來來自不同廠商的芯粒之間的互聯(lián)需求持續(xù)提升。今年三月份出現(xiàn)的UCIe， 即UniversalChiplet Interconnect Express，是一種由Intel、AMD、ARM、高通概念股、三星、臺積電、日月光、Google Cloud、Meta 和微軟等公司聯(lián)合推出的Die-to-Die 互連標準，其主要目的是統(tǒng)一Chiplet（芯粒）之間的互連接口標準，打造一個開放性的Chiplet 生態(tài)系統(tǒng)。UCIe 在解決Chiplet 標準化方面具有劃時代意義。

 

    借助UCIe 平臺，未來有望實現(xiàn)更加完整的Chiplet 生態(tài)系統(tǒng)。UCIe 產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)布了涵蓋上述標準的UCIe1.0 規(guī)范。UCIe 聯(lián)盟在官網(wǎng)上公開表示，該聯(lián)盟需要更多半導(dǎo)體企業(yè)的加入，來打造更全面的Chiplet 生態(tài)系統(tǒng)。同時，加盟的芯片企業(yè)越多，意味著該標準將得到更多的認可，也有機會被更廣泛的采用。UCIe標準出現(xiàn)的最大意義在于，巨頭們合力搭建起了統(tǒng)一的Chiplet 互聯(lián)標準，這將加速推動開放的Chiplet 平臺發(fā)展，并橫跨x86、Arm、RISC-V 等架構(gòu)和指令集。

 

    在UCIe 標準下，未來或許能推出同時集成x86 的Chiplet 芯片和RISC-V 的Chiplet 芯片的處理器，并通過架構(gòu)的混用同時滿足PC 和移動應(yīng)用生態(tài)的需求。

 

    先進封裝：將Chiplet 真正結(jié)合在一起的關(guān)鍵。UCIe 聯(lián)盟為Chiplet 指定了多種先進封裝技術(shù)，包括英特爾EMIB、臺積電CoWoS、日月光FoCoS-B等。Chiplet雖然避免了超大尺寸die，但同時也意味著超大尺寸封裝，又高度融合晶圓后道工藝，更在封裝方面帶來了極限技術(shù)挑戰(zhàn)，如封裝加工精度和難度進一步加大，工藝窗口進一步變窄，通用設(shè)備比例降低，設(shè)備升級需求大等。除此之外，散熱和功率分配也是需要考慮的巨大問題。目前頭部的IDM 廠商、晶圓代工廠以及封測企業(yè)都在積極推動不同類型的先進封裝技術(shù)，以搶占這塊市場。

 

    芯片測試：保證Chiplet 良率，使Chiplet 能夠正常運行，測試設(shè)備數(shù)量和性能都有更高需求。由于Chiplet 中封裝了多個die，每一個die 都不能失效才能保證Chiplet 正常運轉(zhuǎn)。過去對于一些較低成本的芯片通常采取抽檢，但若采用Chiplet 則需要全檢，以確保每一個die 都能正常工作。在對異構(gòu)集成進行測試時，一方面要確保組裝的裸晶功能完好，另一方面還要提高裸晶在系統(tǒng)中的自檢能力。不同于標準IP，Chiplet 設(shè)計難度大幅增加，需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游廠商協(xié)同設(shè)計，因此在測試方法上也更加復(fù)雜和困難。

 

    后摩爾時代，Chiplet 給中國集成電路產(chǎn)業(yè)帶來了巨大發(fā)展機遇。首先，芯片設(shè)計環(huán)節(jié)能夠降低大規(guī)模芯片設(shè)計的門檻；其次半導(dǎo)體IP 企業(yè)可以更大地發(fā)揮自 身的價值，從半導(dǎo)體IP 授權(quán)商升級為Chiplet 供應(yīng)商，在將IP 價值擴大的同時，還有效降低了芯片客戶的設(shè)計成本，尤其可以幫助系統(tǒng)廠商、互聯(lián)網(wǎng)廠商這類缺乏芯片設(shè)計經(jīng)驗和資源的企業(yè)，發(fā)展自己的芯片產(chǎn)品；最后，國內(nèi)的芯片制造與封裝廠可以擴大自己的業(yè)務(wù)范圍，提升產(chǎn)線的利用率，尤其是在高端先進工藝技術(shù)發(fā)展受阻的時候，還可以通過為高端芯片提供基于其他工藝節(jié)點的Chiplet 來參與前沿技術(shù)的發(fā)展。

 

    投資建議：Chiplet 作為目前受到廣泛關(guān)注的新技術(shù)，給全球和中國的半導(dǎo)體市場帶來了變革與機遇，建議積極把握Chiplet 技術(shù)帶來的投資機會，關(guān)注：（1）芯原股份：國內(nèi)領(lǐng)先的一站式芯片定制服務(wù)和半導(dǎo)體IP 授權(quán)服務(wù)的企業(yè)，利用Chiplet 技術(shù)進行IP 芯片化，有望給公司帶來全新商業(yè)模式；（2）通富微電概念股：

 

    國內(nèi)領(lǐng)先的封裝企業(yè)，在先進封裝方面公司已大規(guī)模生產(chǎn)Chiplet 產(chǎn)品，7nm產(chǎn)品已大規(guī)模量產(chǎn)，5nm 產(chǎn)品概念股已完成研發(fā)即將量產(chǎn)；（3）長電科技：國內(nèi)封裝測試龍頭企業(yè)，近年來重點發(fā)展系統(tǒng)級（SiP）、晶圓級和2.5D/3D 等先進封裝技術(shù)，并實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)；（4）長川科技龍頭股：國內(nèi)領(lǐng)先的集成電路測試設(shè)備企業(yè)，Chiplet 芯粒的測試與先進封裝將為公司帶來新機遇；（5）華峰測控：國內(nèi)領(lǐng)先的集成電路測試設(shè)備企業(yè)，同樣受益于Chiplet 芯粒測試龍頭股與先進封裝概念股帶來的機遇；（6）興森科技：國內(nèi)IC 封裝基板領(lǐng)先企業(yè)，在應(yīng)用Chiplet 技術(shù)的先進封裝材料領(lǐng)域有望持續(xù)拓展；（7）華大九天：Chiplet 技術(shù)的應(yīng)用需要EDA 工具的全面支持，公司作為國內(nèi)EDA 龍頭，有望在Chiplet 領(lǐng)域進行拓展。

 

    風(fēng)險分析：Chiplet 及配套技術(shù)發(fā)展不及預(yù)期，UCIe 標準推進不及預(yù)期，下游市場需求不及預(yù)期。

 

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