争议“核心粒子”:国产芯片能否绕过先进工序“弯道超车”？

　　“美国规制新规草案公布后，很多业外人士甚至在部分钟内将Chiplet (芯粒)作为救命稻草。 ”10月17日，北京一家芯片企业的前端工程师李振在电话中告诉记者。

　　他提到的美国限制新规草案，是指10月7日美国商务部产业安全局最新公布的对华半导体出口限制措施，主要内容是针对18nm以下的DRAM芯片、128层以上的NAND闪存芯片、14nm以下的逻辑芯片的出口，推出新的严格审查，限制美国人在没有许可证的情况下支持中国某些半导体制造设施的集成电路开发和生产的能力。

　　面对美国“抓脖”措施的不断升级，以Chiplet模式实现国产半导体产业的“弯道超车”逐渐在市场上掀起热议，用a股催化Chiplet概念板块，把这个陌生的名词带到资本市场投资者面前。

　　“Chiplet模式通过组合采用低工艺的多个模块，例如22nm工艺的模块，实现了7nm工艺芯片的性能，制造商可以绕过先进工艺的限制。 ”李振说。

　　什么是Chiplet？

　　1965年，英特尔创始人戈登摩尔总结出一个趋势，即集成电路可以容纳的晶体管数量约每18至24个月翻一倍，性能也翻了一番，价格也减半。

　　这原是摩尔等业内人士的经验之谈，总结后逐渐成为影响半导体行业发展的摩尔定律。

　　“摩尔定律不是自然定律，而应该看作是对集成电路性能发展的观测和预测。 过去半个多世纪以来，半导体行业几乎遵循摩尔定律发展。 ”灼识咨询合伙人赵晓马向记者解释。

　　但目前随着芯片制造工艺的发展，如何按照摩尔定律提高晶体管密度提高芯片性能也遇到了瓶颈。

　　“一个芯片上集成的晶体管数量从几千个增加到十几亿个，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、供电能力等问题。 制备工艺从5nm升级到3nm，再升级到2nm，间隔均超过2年。 ”赵晓马还说：

　　面对摩尔定律发展放缓、开发先进工艺的成本和研发难度不断提高的现状，半导体行业开始拓展新的技术路线，试图延续摩尔定律，如今被视为“救命稻草”的Chiplet概念也由此提出。赵晓马告诉记者，在后摩尔时代，新集成、新材料、新结构成为行业创新的焦点。 另一方面，新集成包括Chiplet和先进的封装，由于Chiplet以其高性能、低功耗、高面积使用率和低成本而受到广泛关注，在FPGA (可编程设备)、GPU )高性能计算市场上

　　“Chiplet本质上是一种设计理念，它通过封装技术将不同工艺、不同功能的模块化芯片集成在一起，以通过封装、互连等方式将乐高积木连接在一起，从而形成一个芯片。 简而言之，Chiplet是一种小芯片(或核心粒子)在封装级别集成的解决方案。 ”上海奎芯科技产品副总裁王晓阳在接受经济观察网记者采访时表示。

　　赵晓马认为，从系统的角度看，Chiplet的最大特点是持续“摩尔定律”的经济效益，设备通过多种方式集成，系统空间内的功能密度将持续增加。

　　“首先，Chiplet为优化性能功耗提供了巨大的空间，并支持针对特定领域的灵活定制。 接着，有效地提高信号传输质量和带宽。 第三，利用小芯片(具有相对低的面积开销)低工艺和高成品率的特性，可以有效地降低成本。 第四，可以有效缩短芯片研发周期，节约研发投资，降低研发风险。 ”赵晓马补充说。

　　在王晓阳眼里，Chiplet作为跨越摩尔定律的技术路径，对于产业链上的IP (可复用设计模块)公司、先进的封装公司、晶圆公司来说，不亚于革命性的变化。 

　　“在以前的SoC (系统级芯片)设计方法论中，IP已经被设计为可以复用，但在SoC原型设计完成后，应该进行的软硬件协同验证、后端和物理设计、流程图制造的流程一个也离不开。 ”王晓阳告诉记者。

　　“如果是Chiplet的话，只需进行一次包装加工就可以使用。 其复用度远远超过现在的IP。 ”他进一步解释。

　　Chiplet模式所具有的诸多优点，加速了各种芯片制造商在该领域的技术布局。

　　今年3月，包括英特尔、AMD、台积电在内的10家集成电路领域的首批部厂商成立了UCIe产业联盟( universalchipletinterconnectexpress )，进一步发展chiplet生态据市场研究机构Omdia测算，2021年全球Chiplet市场规模将达到18.5亿美元，预计未来5年将以46%的年均复合增长率高速增长，2035年全球Chiplet市场规模将超过570亿美元。

　　国产IP设计产业受益

　　“目前，配置Chiplet领域的a股上市公司有两类，分别是IP设计公司、先进封装和检测设备公司。 其中，IP设计领域的代表公司为芯原股份( 688521.SH )，封装领域的代表公司为通富微电) 002156.SZ )和长电科技) 600584.SH )。 ”上海一家大型证券公司的电子首席分析师王焟告诉经济观察网记者。

　　记者了解到，Chiplet本质上是异构集成，通过集成不同工艺、不同性质的芯片，给芯片产品带来了三大挑战。 分别是芯片带宽不一致导致的信号传输不稳定、Chiplet互联导致的功耗不均衡、Chiplet堆栈导致的散热问题。

　　“先进封装是解决Chiplet异构集成的重要途径，目前业内主要的先进封装技术有倒装芯片、晶片级封装、2.5D/3D封装和系统级封装等，尤其是”赵晓马指出。

　　作为检测领域的领军企业，通富微电在今年的半年报中表示：“公司通过在多芯片封装、集成扇出封装(晶片级封装的一种形式)、2.5D/3D等先进封装技术方面的预配置，为客户提供了多样化的chip led ”。

　　长电科技也于9月25日通过上证e互动回复投资者。 “得益于集团全资子公司星科金朋在Chiplet相关技术领域积累的长期批量生产经验和大量专利，公司目前拥有用于Chiplet封装的超大FCBGA (倒装芯片)封装技术能力、多层芯片超薄堆叠和互连技术能力，以及极高的

　　在之前4月的网络调查中，长电科技方面表示，2021年的先进封装包括布线和测试以外的封装形式，收入达到60%以上。

　　但从上述两家公司的财务业绩来看，先进打包的应用并没有改变盈利规模小、盈利能力弱的现状。据长电科技2022年半年报显示，2022年1月至6月，长电科技实现营业收入155.94亿元，同比增长12.85%。 净利润扣减同比增长50.14%，仅为14.9亿元，这一数据大幅放缓了217.62%的增速水平。

　　供应微电的情况更不乐观，该公司今年上半年实现营业收入95.67亿元，同比增长34.95%。 扣除净利润仅为3.65亿元，同比下降14.23%。

　　针对收益水平的下降，通富微电在半年报中将其归结为“受到汇率变动的影响”。

　　“对于因技术含量低而关闭行业，盈利能力弱一直是一个不可避免的话题，但从长远来看，先进套餐有望改变这一现状，随着Chiplet技术的持续落地，先进套餐将为行业内的公司带来足够的成长动能”王婷对记者说。

　　此外，王木还指出，中国IP设计产业在Chiplet的快速发展中比在封闭领域更能获益。

　　芯片IP是芯片中预先设计并验证的功能模块，因为这些模块可以在芯片设计的过程中重复使用，业内也有观点将Chiplet技术称为不同芯片IP之间的组合。

　　“打个形象的比方，芯片设计公司需要创造满汉全席，但IP认为这是料理的食谱，会告诉你这道菜该怎么办。 另一方面，Chiplet认为这是这道菜的预制菜，芯片设计公司只需简单加热就能上桌。 ”王晓阳告诉记者。

　　“例如，我们可以制作高速互联的IP，提供给芯片设计公司。 我们可以销售IP的方式(食谱)，也可以将IP转化为Chiplet产品的硬件化(预制菜)，提供给客户。 ”他进一步向记者解释说。

　　赵晓马表示，传统的单片系统设计方式是从不同的IP供应商购买IP，并与自研模块组合集成，而Chiplet模式只需购买供应商生产的Chiplet芯片，封装后作为系统芯片即可

　　“Chiplet是一种新型的硅片级IP复用模型，工艺选择、体系结构设计灵活，优化了IP硬核(成型的功能模块)无法修改带来的复用困难和使用范围小的问题。 ”他分析道。

　　王晓阳向经济观察网记者表示，该公司的IP产品已经通过几个知名厂家7纳米以上工艺节点验证并批量生产，目前产品有12nm至180nm的基础库IP、7nm至110nm的接口类IP“目前，我们的研发团队专注于自主开发14/12纳米以下的先进工艺IP。 ”王晓阳补充道。

　　李振则告诉记者，目前有三个领域是Chiplet技术的主流应用方向：数据中心、汽车电子和计算机处理器。

　　“Chiplet车规级产品落地快，国产GPU (图形处理器)、npu ( ISP ) )图像信号处理器”等IP产品已广泛应用于车载系统。 例如驾驶辅助模块、车载大屏等。 ”李振说，

　　王晓阳还表示，随着汽车工业智能化和互联网化程度的提高，汽车自动驾驶和智能座舱采用了复杂的SOC芯片，计算/感知/执行需要更快的数据传输能力，而Chiplet在汽车芯片迭代时的设计工作和车规流程

　　国产IP行业的领军企业在2022年的半年报中表示：“在汽车‘核心短缺’的浪潮背景下，大众、福特、通用、北汽、比亚迪等传统汽车制造企业与特斯拉、小鹏、蔚来、蔚来

　　根据行业研究机构Statista的数据，2020年全球汽车电子市场规模约为2180亿美元，到2028年将达到4000亿美元以上，有望实现80%以上的增长，年复合增长率在8%左右。

　　然而，值得注意的是，目前在IP设计领域，“掐脖子”的现象依然存在。

　　“目前，全球的主要IP供应商来自英美，特别是在高速互联IP、高端CPU、GPU等核心IP领域，国际大厂商已经形成了很高的技术壁垒。 国内IP企业正在全面赶上国际领先的IP制造商，但整个行业的基础还很薄弱。 ”王晓阳告诉记者。

　　他指出，目前在IP领域的国产化率还很低，在高速接口IP、高端GPU/CPU IP领域的国产化进程还处于起步阶段。 国外领先的芯片在Chiplet领域也处于领先地位。

　　在他看来，这几年国内芯片设计水平的进步非常显著，但更多的是“如何完成芯片设计并让其落地”。

　　“IP设计属于产业链的上游，需要解决的是工程问题而不是科学问题，但工程问题需要在产业链的上下游进行磨合，需要客户的帮助才能迭代。 所以，国产IP只要有机会不断尝试、突破，就非常有机会。 ”王晓阳还补充说。不可避免的先进工艺路线

　　10月7日，美国商务部工业安全局( BIS )再次宣布对华半导体出口管制措施，旨在进一步限制国内获取先进计算芯片、开发和维护超级计算机、制造先进半导体的能力。

　　在美国商务部产业安全局的官方网站上，经济观察网记者整理了该法规新规的主要内容。 其中，BIS表示，对于目的地为中国半导体制造设施且能够制造满足特定标准的集成电路的产品，将追加新的许可要求。 许可证的相关阈值如下所示。 非平面晶体管结构16nm或14nm以下( 128层以上的NAND闪存芯片。

　　另外，还注意到了有限制美国人在没有许可证的情况下支持中国半导体制造设施的集成电路的开发和生产的能力的条款。

　　“实际上10月以前，圈内不断有传言说美国要制裁。 但是，当我实际看到条款的内容时，我很惊讶。 这是全方位的封锁。 我们学校的一些后辈来咨询情况如何，要不要成为专家。 ”李振在电话里告诉记者。

　　但是，在美国继续用代码限制中国半导体产业的背景下，Chiplet技术可以避免先进的工艺限制的观点正在市场上蔓延。

　　“这个想法大体上意味着将多个工艺低的模块，例如22nm工艺的模块组合起来，达到7nm工艺芯片的性能。 ”李振说。

　　李振表示，这样的做法在逻辑上确实可行，已经有部的厂家采用了这样的方案，但是这个方案在经济效益上存在一定的问题。

　　“这个方案只能说是应急措施，但绝对不是正道。 低工艺贮存的产品，性能接近先进工艺芯片的部点，不能达到完全同等的性能，会带来成本的上升。 ”他说，

　　王璐也对记者表示，这种“曲线拯救核心”的方式本质上是通过离封装技术实现的，而底层制造技术才是决定芯片性能上限的核心因素。

“光靠Chiplet是无法超越的，在Chiplet领域我们也没有领先。 通过几个14纳米模块的连接可以提高性能，但在同一面积上比不上7nm。 先进的工艺路线周转不过来。 所以，美国现在完全不让买先进工艺路线的产品。 确实给产业带来了不少麻烦。 ”王婷说。

　　他认为，中国大陆半导体行业通过Chiplet实现弯道超车，绕过先进流程的说法类似于情绪的释放，“最近的市场需要太多好消息”。

　　赵晓马也告诉记者，Chiplet模式的出现背后，摩尔定律有时越来越接近极限，在这种背景下，半导体的技术进步比原来更难、更慢，这本身就是国内半导体产业追赶的好消息。 Chiplet技术通过先进的封装实现，不需要光刻机对企业来说也是个好消息。

　　“除了好消息，现在Chiplet这个竞争对手还有台积电、三星和英特尔，还有台积电的Hybrid Bonding技术等核心技术的积累，让我们看看难度非常大。 ”赵晓马对经济观察网记者说。