芯片狂掀涨停潮,最抢眼的Chiplet又是什么?


Chiplet被认为是一种可以延缓摩尔定律失效、放缓工艺进程时间、支撑半导体产业继续发展的有效方案。

8月5日,半导体板块掀涨停潮,大港股份4连板,睿创微纳芯原股份华大九天国芯科技20CM涨停,多伦科技华西股份等多股10%涨停。

从细分来看,先进封装、Chiplet概念最为抢眼,芯原股份通富微电华天科技晶方科技嘉欣丝绸等均属于这个概念。

什么是Chiplet?

根据摩尔定律,半导体芯片上集成的晶体管和电阻数量将每18到24个月将增加一倍。

但摩尔定律发展至今已经有50多年,随着半导体工艺的进步,要在同等面积大小的区域里放进更多的硅电路,比如漏电流增加、散热问题增加、时钟频率增长减慢等问题已经不可避免的增加。

目前单纯靠系统级芯片提高性能已经变得更加困难,5nm往下的4nm,3nm等工艺技术,即便取得制程突破,也未必在性能和功耗之间保持平衡,所以这时候Chiplet的概念出现了。

所谓Chiplet,顾名思义就是小芯片/芯粒,是通过将原来集成于同一系统单晶片中的各个元件分拆,独立为多个具特定功能的Chiplet,分开制造后再透过先进封装技术将彼此互联,最终集成封装为一系统晶片组。

在科研界和产业界看来,这是一种可以延缓摩尔定律失效、放缓工艺进程时间、支撑半导体产业继续发展的有效方案。

市场空间方面,据Omdia数据预测,Chiplet市场规模到2024年将达到58亿美元,2035年则将超过570亿美元。

Chiplet有哪些优势?

广发证券指出,Chiplet有提高制造良率、降低设计及制造成本的优点。具体来看,

第一,降低成本。

据悉,设计28nm芯片的平均成本为4000万美元;相比之下,设计7nm芯片的成本为2.17亿美元,设计5nm设备的成本为4.16亿美元,3nm设计更是将耗资高达5.9亿美元

The Linley Group的白皮书《Chiplets Gain Rapid Adoption:Why Big Chips Are Getting Small》中直接提出,Chiplet技术可以将大型7nm设计的成本降低高达25%;在5nm及以下的情况下,节省的成本更大。

第二,提高芯片制造的良品率。

资料显示,芯片的良品率与芯片的面积有关,随着芯片面积增大,良品率会下降。掩模尺寸700mm2的设计通常会产生大约30%的合格芯片,而150mm2芯片的良品率约为80%,因此,通过Chiplet设计将大芯片分成更小的芯片可以有效改善良率,同时也能够降低因为不良率而导致的成本增加。

第三,降低设计的复杂度和设计成本

因为如果在芯片设计阶段,就将大规模的SoC按照不同的功能模块分解为一个个的芯粒,那么部分芯粒可以做到类似模块化的设计,而且可以重复运用在不同的芯片产品当中。这样不仅可以大幅降低芯片设计的难度和设计成本,同时也有利于后续产品的迭代,加速产品的上市周期。

未来该技术的应用前景将出现在哪些领域?

芯和半导体市场部负责人认为,相较之下AI人工智能、HPC高性能计算对于芯片的设计规模要求最高,这两个领域对于Chiplet技术的尝试会更加迫切。

芯原股份创始人、董事长兼总裁戴伟民接受采访时表示,平板电脑应用处理器,自动驾驶域处理器,数据中心应用处理器将会是Chiplet率先落地的应用领域。

组建UCIe联盟,巨头参与Chiplet竞赛

今年3月2日,英特尔与AMD、Arm、高通、微软、谷歌、Meta、台积电、日月光、三星等十家行业巨头正式成立UCIe(通用芯粒高速互连)产业联盟,意欲共同打造Chiplet互连标准,携手推动Chiplet接口规范的标准化。

国内厂商方面,包括芯原、超摩科技、灿导、芯和等多家半导体企业已经陆续加入。另外近日也有消息传出,阿里巴巴也加入了Chiplet生态联盟UCIe,并且成为中国大陆首家董事会成员。

据国内芯动科技半导体公司技术总监高专指出,不论从国内还是国际来说,UCIe的发布意味着Chiplet向更多应用场景迈出了一大步。

其表示,目前很多大型芯片公司都有基于Chiplet的产品问世,但是绝大部分的互联标准是自己定义的私有协议,也就是最多只能自家产品互连,不同厂家的Chiplet芯粒是不能通信和组合的。

就像USB接口,如果都是私有协议,各个厂家的USB主机接口和各种USB设备除了自家产品外都互不兼容,会极大的限制USB的使用场景。

Chiplet也是类似,理论上统一了Chiplet接口标准,大家的Chiplet都可以互连,这会让大量的芯片公司参入进来,做出各种功能的Chiplet小芯片,将促进整个Chiplet生态的开放和繁荣。

相关公司

国外方面,在多种优势因素以及市场发展趋势的驱动下,AMD、台积电、英特尔、英伟达等芯片巨头厂商嗅到了这个领域的市场机遇,近年来已经纷纷入局Chiplet。

国内上市公司方面,据互动平台:

芯原股份:此前已经正式宣布加入UCIe产业联盟,成为中国大陆首个加入该产业联盟的企业。近期被调研时称“是大陆排名第一、全球排名前七的半导体IP供应商,已经成为了大陆首批加入UCIe联盟的企业之一,可能是全球第一批面向客户推出Chiplet商用产品的企业”。

长电科技:公司已于6月加入UCIe产业联盟。

华天科技:公司称掌握chiplet相关技术。

通富微电:公司已大规模封测Chiplet产品;公司在Chiplet、WLP、SiP、Fanout、2.5D、3D堆叠等方面均有布局和储备。

寒武纪:公司思元370是首款采用Chiplet(芯粒)技术的AI芯片。

晶方科技:Chiplet技术目前是行业发展的趋势之一,公司在研究该技术路径的走向,并与合作伙伴共同寻找合适的产品应用。

此外,嘉欣丝绸上峰水泥等公司间接参股Chiplet芯片公司。

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