在探討Chiplet技術(shù)(小芯片)之前，摩爾定律是繞不開的話題。戈登·摩爾先生在1965 年提出了摩爾定律：每年單位面積內(nèi)的晶體管數(shù)量會(huì)增加一倍，性能也會(huì)提升一倍。這意味著，在相同價(jià)格的基礎(chǔ)上，能獲得的晶體管數(shù)量翻倍。不過，摩爾先生在十年后的1975年，把定律的周期修正為24個(gè)月。至此，摩爾定律已經(jīng)影響半導(dǎo)體行業(yè)有半個(gè)世紀(jì)。

圖片來(lái)源：芯耀輝

隨著集成電路技術(shù)的不斷演進(jìn)，半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)現(xiàn)摩爾定律在逐漸失效。上圖右上部分是英特爾x86 CPU 1970-2025年的演化歷史，可看出每顆芯片的晶體管數(shù)量持續(xù)增加(右上深藍(lán)色線條)，但時(shí)鐘速度(右上天藍(lán)色線條)和熱設(shè)計(jì)功耗(右上灰色線條)自2005年之后就變化不大。于此同時(shí)，受先進(jìn)工藝高成本支出的影響，晶體管成本降幅在2012年后趨緩，甚至越往后還有成本增加的趨勢(shì)。

從上圖右下的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可看出，芯片制程在持續(xù)微縮和演進(jìn)，晶體管數(shù)也在相應(yīng)的增長(zhǎng)。在2019年以前，單芯片晶體管數(shù)量和工藝幾何尺寸演進(jìn)，一直與摩爾定律高度相關(guān)。因?yàn)閱挝幻娣e內(nèi)的晶體管數(shù)量，每一周期就會(huì)增加一倍，所以在理想情況下，Die的尺寸可保持不變。但是據(jù)右下綠色標(biāo)識(shí)的區(qū)域顯示，可以看到單芯片Die尺寸在日趨增大，這也從另一個(gè)角度說(shuō)明，單芯片晶體管數(shù)量的增加，也有Die增大的原因所致。由于Die尺寸的增長(zhǎng)，受光罩尺寸、工藝良率等因素制約，這代表通過加大Die Size來(lái)提升單芯片算力已經(jīng)越來(lái)越困難。

總而言之，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展和演進(jìn)，每24個(gè)月已經(jīng)很難讓單位面積內(nèi)的晶體管數(shù)量翻倍。這意味著，現(xiàn)在芯片性能的提升遭遇了瓶頸，性能無(wú)法單純由工藝技術(shù)驅(qū)動(dòng)，也需要由架構(gòu)創(chuàng)新來(lái)驅(qū)動(dòng)。因此，業(yè)界必須找到新的解決方案。

基于Chiplet技術(shù)的芯片結(jié)構(gòu)示意 圖源：英特爾

在摩爾定律逐漸失效的情況下，Chiplet技術(shù)在半導(dǎo)體行業(yè)應(yīng)運(yùn)而生。整體來(lái)看，Chiplet具備高集成度、高良率、低成本三大特點(diǎn)，它被視為延續(xù)摩爾定律的關(guān)鍵技術(shù)。

Chiplet技術(shù)并不是創(chuàng)新概念，它很早就被提出來(lái)了，只是市場(chǎng)應(yīng)用需求沒有發(fā)展到這一步，因此長(zhǎng)期處于“隱身”狀態(tài)。Chiplet通常被翻譯為“芯?！被颉靶⌒酒薄螐淖置嬉饬x上可以理解為更為“粒度更小的芯片”。通過半導(dǎo)體制造將若干“芯?！奔桑羌兇夥庋b集成，以此形成復(fù)雜功能芯片，可以突破單芯片光刻面積的瓶頸，突破設(shè)計(jì)周期制約等。

舉例來(lái)說(shuō)，在一顆7nm制程芯片中，一些次要的模塊可以用如22nm的制程做成Chiplet，再“拼裝”至7nm芯片上，原理如同搭積木一樣，這樣可以減少對(duì)7nm工藝制程的依賴。

Chiplet技術(shù)相關(guān)的半導(dǎo)體國(guó)內(nèi)企業(yè)包括大港股份、芯原股份、中京電子、同興達(dá)、蘇州固锝、中富電路、朗迪集團(tuán)、晶方科技、長(zhǎng)電科技、通富微電、華天科技、華峰測(cè)控等。

Chiplet技術(shù)優(yōu)勢(shì)

Chiplet可以把傳統(tǒng)的單芯片設(shè)計(jì)方案改成多芯片（Die）進(jìn)行設(shè)計(jì)，并利用先進(jìn)封裝工藝進(jìn)行集成。它的優(yōu)勢(shì)主要有以下幾點(diǎn)：

1、提升芯片制造良率，由于良率和芯片的面積有關(guān)，面積越大，良率大概率會(huì)越低，因此，把一個(gè)大芯片分拆成多個(gè)小芯片（Die）設(shè)計(jì)并分別投片，就可以提高良率，良率提升，還可以降低制造成本。

2、以不同的工藝實(shí)現(xiàn)一顆芯片，用先進(jìn)制程制造CPU等計(jì)算核心，用相對(duì)成熟的制程制造I/O之類的功能塊，可以很好地控制整體成本。

3、設(shè)計(jì)更加靈活，設(shè)計(jì)出的Die，通過不同的組合方式，可設(shè)計(jì)出不同功能的芯片。

Chiplet技術(shù)經(jīng)過發(fā)展，國(guó)際上出現(xiàn)了一些Chiplet標(biāo)準(zhǔn)，主流標(biāo)準(zhǔn)包括XSR、BOW、OpenHBI、UCIe。雖然有這么多好處，但Chiplet技術(shù)并不成熟，各種Die、接口I/O、總線等，與常規(guī)的SoC有很大區(qū)別，需要制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，從而使產(chǎn)業(yè)鏈上的設(shè)計(jì)、制造、封裝等廠商能按照標(biāo)準(zhǔn)操作，才能實(shí)現(xiàn)高效、規(guī)?；a(chǎn)。因此，UCIe和ACC 1.0等行業(yè)規(guī)范相繼推出。

Chiplet面臨的挑戰(zhàn)

雖然Chiplet優(yōu)點(diǎn)很多，同時(shí)也面臨著很多問題，會(huì)阻礙其發(fā)展，例如：

一，應(yīng)用場(chǎng)景，并不是所有應(yīng)用類型的芯片都適合做Chiplet，目前來(lái)看，CPU、GPU等處理器最適合做Chiplet，而且是在高性能應(yīng)用領(lǐng)域，像智能手機(jī)等消費(fèi)類電子設(shè)備用的芯片，很少需要采用Chiplet設(shè)計(jì)；

二，成本，只有傳統(tǒng)SoC成本達(dá)到一定量級(jí)，改用Chiplet設(shè)計(jì)才劃算；

三、良率問題；

四、測(cè)試問題。

近期，中國(guó)成立了自己的Chiplet（小芯片，或芯粒）聯(lián)盟，由多家芯片設(shè)計(jì)，IP，以及封裝、測(cè)試和組裝服務(wù)公司組成，同時(shí)推出了相應(yīng)的互連接口標(biāo)準(zhǔn)ACC 1.0。

在美國(guó)打壓，中國(guó)尋求半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)自主可控的當(dāng)下，這一聯(lián)盟的成立，頗有與由AMD、Arm、英特爾、臺(tái)積電和ASE（日月光）主導(dǎo)的UCIe聯(lián)盟分庭抗禮的意味。

從技術(shù)層面來(lái)看，Chiplet的價(jià)值和發(fā)展前景已經(jīng)在全球半導(dǎo)體界達(dá)成普遍共識(shí)?？傮w而言，Chiplet有很好的應(yīng)用和發(fā)展前景，但它不是中國(guó)半導(dǎo)體業(yè)沖刺國(guó)際先進(jìn)水平的靈丹妙藥。要想提升全行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，還是要有決心和毅力，秉持十年磨一劍的精神，全方位發(fā)展本土半導(dǎo)體材料、設(shè)備、IP、設(shè)計(jì)和制造水平。