基于Chiplet异构集成的智能处理芯片。受访者供图
“Chiplet（芯粒）‘上车’是大势所趋。”清华大学交叉信息核心技能研究院教授、北极雄芯创始人马恺声见告《中国科学报》，“从北极雄芯的角度判断，2024年将是芯粒车载芯片元年。”
不久前，北极雄芯完成新一轮超亿元融资，用于下一代通用芯粒及功能型芯粒的开拓，以及高速互联芯粒接口等根本技能的研发。此前，北极雄芯曾获图灵创投、红杉中国种子基金、SEE FUND、青岛润扬、韦豪创芯、讯飞创投、中芯熙诚等多家投资机构青睐。
除北极雄芯外，今年在芯粒赛道上异军突起的还有其他黑马。
今年8月，芯砺智能宣告半年内得到近3亿元天使轮及家当轮融资，用于研发车载大算力芯粒；今年6月，成立仅两个月的原粒半导体很快收成了数千万元种子轮融资……
成本青睐、股市生动，2023年的芯粒领域可谓“静水流深”，而更多的企业在等待2024年“上车”的机遇。
两条路径，一种选择
“芯粒常日指预先制造好、具有特定功能、可组合集成的晶片，也称为‘小芯片’。”中国科学院打算技能研究所（以下简称打算所）研究员韩银和对《中国科学报》说。
大略说，芯粒技能可以将片上系统（Soc）的功能拆分成多颗小芯片，然后利用前辈封装技能，重组成一个弘大繁芜的系统，以此降落芯片总本钱。通过基板集成制造技能，芯粒可知足通用途理器、存储器、图形处理器、加密引擎、网络接口等各种功能集成的运用需求。
“比较于普通芯片，芯粒技能有3个核心上风。”韩银和补充说，“一是支撑算力持续打破；二是进行不同工艺芯粒的集成；三是减少芯片设计、制造的韶光和用度。”
随着人们对打算和存储能力需求的持续增长，算力提升面临诸多壁垒，如何“破墙”是国内外亟待办理的问题。
在韩银和看来，提高算力除采取前辈设备和工艺进行尺寸微缩外，还可以通过扩大芯片面积来增加晶体管数量，从而提升芯片性能。芯粒技能通过多芯集成，可达到提升芯片性能的目标。
繁芜芯片内常日包含多种不同模块。传统芯片为实现高性能，须要全部采取前辈工艺制造。而以手机芯片为例，除打算模块外，还有存储、接口等多种模块。通过细分这些模块，可用14纳米工艺制造接口模块，一些仿照电路乃至只需28纳米工艺就能知足哀求，而打算部分则可用7纳米工艺来实现。
“集成芯片技能还能实现基于不同架构芯粒的集成，从而减少前端设计和流片制造本钱。”韩银和说，“大算力芯片设计韶光和本钱剧增，例如英伟达设计的Xavier SoC每年要投入2000人。而集成芯片则可以通过‘异构组合’实现芯粒复用，从而更加灵巧地定制芯片功能及扩展算力。在当前前辈工艺受阻的背景下，集成芯片供应了一条利用自主工艺研制高性能芯片的可行路线。”
芯粒技能有诸多上风，因此受到环球关注。但对付中美两国来说，出发点并不一致。
“对付芯粒，美国是将其作为摩尔定律尽头一条‘没有其他选择的’路径。而在中国，它是现有条件下办理算力问题的一种选择。”马恺声说，“两者的出发点不同，因此决定了技能路径也有差异。”
“上车”是大势所趋
2010年，台积电的芯片专家蒋尚义提出“前辈封装”观点，即通过半导体互连技能连接两颗芯片，打破了单芯片制造的面积上限，这被认为是芯粒技能的雏形。
2013年，台积电与美国赛灵思（Xilinx）公司推出一款大容量芯片V7200T。它将4个芯粒连接在一块硅基板上，形成一个超2000个可编程逻辑门的系统。此后，“模块化”的设计思想与方法得到进一步发展。
2018年，打算所、清华大学、华为、中芯国际等开始关注这一技能。一开始，大家将Chiplet译为“小芯片”，在韩银和等人倡导下，又将其译为“芯粒”，并得到学界和业界的认可。
同年，马恺声等人用半年多韶光调研各种打算范式，创造想快速量产芯粒，利用现有硅基技能的产能和产线，以“搭便车”的办法结合或改造是不错的选择。
马恺声认为，芯粒技能受到成本追捧，是由于成本敏锐意识到，芯粒并非“国产替代”，而是“一个有创新性的东西”。但目前大家对芯粒“感兴趣的多，不雅观望者多，真正了局做的企业却非常少”。
“紧张是家当方面还不成熟，东西太新、风险较大。”马恺声阐明说，该领域牵扯到架构的拆分、拼接及数据通路的完备考虑，须要软件上做适配，还要时候关注芯粒带来额表面积的代价。
“芯粒的真正魅力在于‘异构’，在于能和其他芯粒连接，但现在市场上没有几个芯粒。”马恺声说，“纵然把以上的步骤都‘跑通了’，也只能跟自己的一两个晶片拼接起来，收益有限。”
因此，北极雄芯一贯坚持走异构芯粒路线，跟国产的供应链耦合，给海内封装企业下订单，促进高下游同时进步。
“Chiplet‘上车’一定是大势所趋。估量到2030年有34%至50%的汽车中心域控芯片采取芯粒技能。”马恺声说，“我们想先把这条路走通，给大家‘打个样儿’。”
在北极雄芯的投资方丰年成本合资人潘腾看来，芯粒技能定能在多个运用领域发挥破局浸染。北极雄芯凭借深厚的技能背景以及踏实的产品逻辑，会助力我国汽车智能化和人工智能打算持续发展。
两种角度思考布局
近年来，我国在高集成度芯粒领域研发方面取得了巨大进展。
2022年，打算所智能打算机中央和之江实验室联合开拓了“之江大芯片一号”。该芯片集成了16个芯粒，每个芯粒包含16个CPU核，芯粒集成度实现打破。同年，复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室用可扩展架构，研制出多芯粒集成的存算一体2.5D芯片，实现了系统算力与存储规模按芯粒比例线性增长。
今年，国家自然科学基金委员会启动“集成芯片前沿技能科学根本重大研究操持”，推动海内涵集成芯片和芯粒方面的根本研究。
“这是一个主要的节点，也是我国在集成电路设计领域率先开展根本性、前瞻性研究的一个主要研究操持。”韩银和说。
目前，海内研发机构与头部企业在芯粒领域已经开始互连标准制订事情。打算所、华为等都在牵头开展干系事情。
在刚刚结束的中国集成电路设计业2023年会（ICCAD）上，中国半导体行业协汇合成电路设计分会理事长魏少军说，任何一个产品能否持续发展，技能成分确实主要，但经济性才是决定性成分。芯粒可在很大程度上降落利用最前辈工艺的哀求，在本钱上大大降落前辈工艺带来的高额用度，确实有吸引力。“芯粒有可能派生出按照运用需求，通过稠浊堆叠和集成打造芯片级系统的新商业模式，乃至新业态。”
对此，韩银和有类似的意见：“集成芯片是一条可以用自主工艺研制高性能芯片的技能路子。我们可以从技能趋势和家当竞争两个角度看待。”
韩银和认为，首先，站在家当角度，要把芯粒作为一个生态体系来方案和发展。在集成芯片这一新兴赛道上，须要以运用为牵引，体系化地以芯粒生态和目标开展标准规范的制订，鼓励芯片厂商对外供应第三方芯粒产品形态。
其次，芯粒集成生态的发展应与EDA、RISC-V开源体系、大容量存储器、光口互连等计策产品布局结合，增大芯粒集成芯片生态的宽度和高度，形成核心竞争力。
末了，在技能上要发展当前急需的前辈集成封装技能，改变当前只有少量芯粒可以集成的家当现状。以高性能打算和智能物联网市场为牵引，环绕大尺寸集成和异构异质设计开展新技能、新工艺和新材料体系攻关，形成自主、安全可控的芯片设计新范式。
来源：《中国科学报》 (2023-12-11 第4版 科创)
：张双虎
