“芯粒”：国产芯片能绕开先进制程“弯道超车”吗？
日期：2022-10-19 21:48:18 / 人气：93
“美国控制新规草案出台后，很多业外人士甚至局部业内人士都把Chiplet（芯粒）当救命稻草了。”10月17日，北京一家芯片公司的前端工程师李振在电话中通知记者。他所提到的美国控制新规草案，是指10月7日，美国商务部产业平安局最新出台的对华半导体出口限制措施，其中次要内容包括对18纳米或以下的DRAM芯片、128层或以上的NAND闪存芯片和14纳米或以下的逻辑芯片的出口，添加新的答应证要求并严厉审查，限制美国人员在没有答应证的状况下支持位于中国的某些半导体制造设备集成电路开发或消费的才能。面对美国“卡脖子”措施的不时晋级，经过Chiplet形式完成国产半导体产业的“弯道超车”开端逐渐成爲市场中的热议话题，也在A股中催化出了Chiplet概念板块，将这一生疏的名词带到了资本市场的投资者面前。“Chiplet形式，可以将多个采用低工艺制程的模块，比方22nm工艺的模块拼装在一同，从而到达7nm工艺芯片的功能，使得厂商可以绕开先进制程工艺的限制。”李振表示。Chiplet是什麼？1965年，英特尔开创人戈登·摩尔总结了一个趋向，即集成电路上可以包容的晶体管数目在大约每经过18个月到24个月便会添加一倍，功能也将提升一倍，同时其价钱也会降低爲原来的一半。这一本来是摩尔等业内人士的经历之谈，在经过归结后便逐步成了影响半导体行业开展至今的摩尔定律。“摩尔定律并非自然规律，应该被视爲对集成电路功能开展的观测或预测。过来半个多世纪以来，半导体行业大致依照摩尔定律开展。”灼识征询合伙人赵晓马向记者解释。但眼下，随着芯片制造工艺的不时开展，依照摩尔定律进步晶体管密度以提升芯片功能的办法，也逐步遇到了瓶颈。“单个芯片上集成的晶体管数量从几千个添加到十几亿个，受制于芯片尺寸的物理极限、光刻技术、隧道效应、功耗和散热、供电才能等成绩，制造工艺从5nm晋级到3nm再到2nm，其距离都超越了2年工夫。”赵晓马进一步指出，面临摩尔定律开展趋缓，开发先进制程的本钱及研发难度不时提升的现状，半导体行业开端拓展新的技术道路试图延续摩尔定律，而如今被视爲“救命稻草”的Chiplet概念也由此提出。赵晓马通知记者，在后摩尔时代，新集成、新资料、新架构成爲行业创新的焦点。而在新集成中，就包括Chiplet和先进封装，Chiplet由于其高功能、低功耗、高面积运用率以及低本钱遭到普遍关注，在FPGA（可编程器件）、GPU（图形处置器）等高功能计算市场具有很高潜力。“Chiplet，实质上是一个设计理念，它将不同工艺、不同功用的模块化芯片，经过封装和互联等方式，像拼接乐高积木一样用封装技术整合在一同，构成一颗芯片。复杂来说，Chiplet是小芯片或许说芯粒在封装层面整合的处理方案。”上海奎芯科技商品副总裁王晓阳在承受经济察看网记者采访时表示。赵晓马以为，Chiplet最大的特点就是从零碎的角度来延续“摩尔定律”的经济效益，器件将以多种方式集成，零碎空间内的功用密度将继续增长。“首先，Chiplet可提供较大的功能功耗优化空间，支持面向特定范畴的灵敏定制。其次，无效提升信号传输质量和带宽。第三，应用小芯片（具有绝对低的面积开支）低工艺和高良率的特性，可以无效降低本钱。第四，可以无效延长芯片的研发周期及节省研发投入，并降低研制风险。”赵晓马补充说。在王晓阳眼中，Chiplet作爲一条跨越摩尔定律的技术途径，对产业链上IP（可复用设计模块）企业、先进封装企业、晶圆企业来说，不亚于是一次反动性的改动。“以前的SoC（零碎级芯片）设计办法学中IP曾经设计成可以复用的，但是构成SoC原型设计当前该走的软硬件协同验证、后端与物理设计、流片制造的流程一个也少不了。”王晓阳通知记者。“假如是Chiplet的话，只需求间接做一次封装加工就可以用起来，其复用水平远超越如今的IP。”他进一步解释。Chiplet形式所具有的诸多劣势，让各类芯片厂商纷繁放慢本身在这一范畴的技术布局。就在往年3月，包括英特尔、AMD、台积电在内的10家集成电路范畴的头部厂商发起成立了UCIe产业联盟 (Universal Chiplet Interconnect Express) ，旨在进一步减速Chiplet生态的开展，制定行业间的互联规范，其中也包括多家中国大陆半导体企业，例如芯原股份、芯和半导体、长电科技、灿芯半导体等。据市场研讨机构Omdia测算，2021年全球Chiplet市场规模已到达18.5亿美元，估计将来五年仍将以46%的年均复合增长率高速增长，到2035年全球Chiplet市场规模或将超越570亿美元。国产IP设计产业受害“目前在布局Chiplet范畴的A股上市企业有两类，辨别是IP设计企业、先进封装与封测设备企业。其中，IP设计范畴的代表企业是芯原股份（688521.SH），封装范畴的代表企业有通富微电（002156.SZ）及长电科技（600584.SH）。”沪上一家大型券商的电子首席剖析师王泓通知经济察看网记者。记者理解到，Chiplet实质上是一种异构集成，行将不同制程、不异性质的芯片整合在一同，由此也给芯片商品带来了三大应战，辨别是：芯片带宽不分歧招致的信号传输不波动、Chiplet互连不间接招致的功耗不均衡、Chiplet的堆叠招致的散热成绩。“先进封装是处理Chiplet异构集成的关键方式，目前行业内次要的先进封装工艺有倒装封装、晶圆级封装、2.5D/3D封装以及零碎级封装等，尤其后三者是行业焦点。“赵晓马指出。作爲封测范畴领军公司的通富微电在往年的半年报中，曾披露表示：“企业经过在多芯片组件、集成扇出封装（晶圆级封装的一种方式）、2.5D/3D 等先进封装技术方面的提早布局，可爲客户提供多样化的 Chiplet封装处理方案，并且已爲AMD大规模量产 Chiplet 商品。”长电科技也在9月25日于上证e互动回复投资者称：“得益于集团全资子企业星科金朋在Chiplet 相关技术范畴积聚的临时量产经历和少量专利，企业目前拥有用于Chiplet封装的超大尺寸FCBGA（倒装芯片封装）封装技术才能，多层芯片超薄堆叠及互联技术才能，与极高密度多维扇出型（一种降低尺寸与本钱的封装工艺）异构集成技术才能，正在继续推进该技术的消费使用和客户商品的导入。”而在早前4月份的一场网络调研中，长电科技方面就曾表示，企业2021年先进封装包括除打线与测试外的其他封装方式，支出占比已达60%以上。不过，从上述两家企业的财务表现看，先进封装的使用，尚未改动其营收规模较小、盈利才能较弱的现状。依据长电科技2022年半年报披露，2022年1月份至6月份，长电科技完成营业支出155.94亿元，同比增长12.85%；完成扣非净利润仅14.09亿元，同比增长50.14%，这一数据相比去年同期217.62%的增速程度已是大幅放缓。而通富微电的状况则更不悲观，该企业往年上半年完成营业支出95.67亿元，同比增长34.95%；完成扣非净利润仅3.65亿元，同比下降14.23%。关于盈利程度的下降，通富微电在半年报中归结于“受汇率动摇影响”。“由于技术含量较低，关于封测行业，盈利才能较弱不断是个绕不开的话题，但从临时来看，先进封装无望改动这一现状，随着Chiplet技术的继续落地，先进封装无望给行业内企业提供充足生长动能。”王泓通知记者。此外，王泓指出，相较于封测范畴，国产IP设计产业在Chiplet的疾速开展中受害会更多。所谓芯片IP，即指芯片中事后设计、验证好的功用模块，这些模块在芯片设计进程中可被重复运用，因而，业内也有观念将Chiplet技术称爲不同芯片IP间的组合。“打个抽象地比喻，芯片设计企业需求做满汉全席，而IP就可以看成是一道菜的菜谱，通知他这道菜该怎样做，而Chiplet则可以看成是这道菜的预制菜，芯片设计企业仅需求复杂加热即可上桌。”王晓阳通知记者。“比方我们是做高速互联的IP，可以提供应芯片设计企业，我们既可以销售IP的方式（菜谱），也可以把IP做成Chiplet商品硬件化（预制菜），提供应客户。”他进一步向记者解释说。赵晓马指出，传统单片零碎设计方式是从不同的IP供给商处购置IP，结合自研模块集成，而在Chiplet形式下只需求购置供给商消费好的Chiplet小芯片，将其封装构成零碎芯片即可。“Chiplet是新的硅片级IP重用形式，在工艺选择、架构设计上都具有灵敏性，优化了IP硬核（已成型的功用模块）无法修正招致的复用困难和运用范围较窄的成绩。”他剖析称。王晓阳通知经济察看网记者，其所在企业的IP商品曾经成功在一些知名厂商的7纳米以上工艺节点失掉验证并完成量产，目前商品已能涵盖从12nm到180nm的根底库IP，7nm到110nm的接口类IP，以及模仿IP和定制效劳。“目前我们的研发团队﹐正在集中力气自主研发14／12纳米及以下的先进工艺IP。”王晓阳进一步补充说。李振则通知记者，目前数据中心、汽车电子及电脑处置器三大范畴是Chiplet技术的主流使用方向。“Chiplet的车规级商品落地较快，国产的GPU（图形处置器）、NPU（神经处置单元）、ISP（图像信号处置器）等IP商品曾经被普遍使用于车载零碎当中，比方辅佐驾驶模块，车载大屏等等。”李振说，王晓阳亦表示，随着汽车产业智能化和网联化水平的不时进步，汽车自动驾驶和智能座舱采用了复杂的SOC芯片，计算/感知/执行都需求更快的数据传输才能给予支撑，而Chiplet可以大幅简化汽车芯片迭代时的设计打工和车规流程，同时添加汽车芯片的牢靠性。国产IP行业的龙头芯原股份在2022年的半年报中剖析称：“在汽车‘缺芯’潮的背景下，群众、福特、通用、北汽、比亚迪等传统汽车制造公司和特斯拉、小鹏、蔚来、理想、零跑等新动力汽车厂商纷繁表示将要自主设计汽车芯片，这种趋向爲集成电路设计产业中半导体 IP 和芯片设计效劳的开展扩展了市场空间。”依据行业研讨机构Statista的数据显示，2020 年全球汽车电子市场规模约爲2180亿美元，到2028年无望到达4000多亿美元，增长逾80%，年复合增长8%左右。但值得留意的是，目前在IP设计范畴也照旧存在“卡脖子”的景象。“目前全球次要的IP供给商来自英美，尤其是在高速互联IP，高端CPU、GPU等中心IP范畴，国际大厂曾经构成了较高的技术壁垒。国际IP公司虽然正在向国际抢先IP厂商片面追逐，但行业全体底子还较爲单薄。”王晓阳通知记者。他指出，目前在IP范畴的国产化率还比拟低，在高速接口IP，高端GPU/CPU IP范畴的国产化进程仍处于起步阶段。海内芯片巨头在Chiplet范畴也较爲抢先。在他看来，近几年国际芯片设计的程度提高非常明显，但更多还局限在“如何把芯片设计完成并落地”。“IP设计属于产业链下游，所要处理的是工程成绩而不是迷信成绩，而工程成绩需求产业链上下游停止磨合，需求客户协助发现、处理成绩，以停止迭代。所以，国产IP只需无机会去不时尝试、打破，是十分无机会赶超的。”王晓阳进一步补充说，绕不开的先进制程10月7日，美国商务部产业平安局（BIS）再度出台了对华半导体出口限制措施，旨在进一步限制国际取得先进计算芯片、开发和维护超级计算机以及制造先进半导体的才能。在美国商务部产业平安局官网上，经济察看网记者梳理了这份控制新规的次要内容，其中，BIS表示，将对目的地爲中国的半导体制造设备且能制造契合特定规范的集成电路之物项，添加新的答应证要求，答应证的相关阈值如下：非立体晶体管构造16nm或14nm或以下（即FinFET或GAAFET）的逻辑芯片半间距18nm或以下的DRAM存储芯片；128层或以上的NAND闪存芯片。此外，记者还留意到有一项条款，将限制美国人员在没有答应证的状况下支持位于中国的某些半导体制造设备集成电路开发或消费的才能。“其真实10月以前，圈内就陆续有美国要加码制裁的风闻了，但是在真的看到条款内容时，我还是很诧异，这是一次全方位的封杀，我们学校一些学弟都跑来征询我状况怎样样，要不要转专业。”李振在电话中通知记者。而在美国继续加码限制中国半导体产业的背景下，经过Chiplet技术能绕开先进制程限制的观念开端风行于市场中。“这种观念大致意思是，将多个采用低工艺制程的模块，比方22nm工艺的模块拼装在一同，从而到达7nm工艺芯片的功能。”李振说。在李振看来，这样的做法逻辑上的确可行，也已有局部厂商采取了此类方案，但该方案在经济效益上却存在一定成绩。“这种方案只能说应急，但绝不是邪道，用低工艺攒出来的商品，只能说接近先进制程芯片的局部功能，不能够完全到达同等功能，还会带来本钱的上升。”他说，王泓亦向记者表示，这种“曲线救芯”的方式，实质上是经过偏封装层面的技术完成，但底层制造工艺才是决议芯片功能下限的中心要素。“光靠Chiplet没方法超车，而且在Chiplet范畴我们也不抢先，你可以经过几个14纳米模块的联络把功能往上提一提，但在同等面积下，一定是比不过7nm的，先进制程是绕不开的，所以美国如今完全不让你买先进制程的商品，的确给产业带来不小的费事。“王泓说。他以为，中国大陆的半导体行业，经过Chiplet完成弯道超车，绕开先进制程的说法，更像是一种心情的释放，“最近的市场太需求一些好音讯了。”赵晓马也通知记者，Chiplet形式的呈现面前是摩尔定律越来越接近极限，在这样的背景下，半导体的技术提高比原来更难也更慢了，这自身关于国际半导体产业的追逐是一个好音讯。而Chiplet这个技术经过先进封装来完成，不需求光刻机，这关于公司而言也是好音讯。“除了好音讯外，我们也要看到，目前Chiplet这块的竞争者是原来的顶级晶圆厂，台积电、三星和英特尔，他们也各自有中心技术的积聚，例如台积电的Hybrid Bonding技术，难度极高。”赵晓马向经济察看网记者表示。作者：杏耀注册登录测速平台
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