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中国Chiplet技术标准发布,超60家企业参与编制

查看 cc博主 的更多文章cc博主2022-12-20【芯片】70人已围观

2022年12月16日,中国首个原生Chiplet技术标准正式通过了工信部中国电子工业标准化技术协会的审定,并在第二届中国互连技术与产业大会上发布。这是首个由中国集成电路领域相关企业与专家共同制定的《小芯片接口总线技术要求》团体标准,这对中国集成电路产业延续“摩尔定律”,突破先进制程工艺限制具有重要意义。

在此之前,国际上已由英特尔、AMD、台积电等芯片公司联合成立了Chiplet联盟,并定制了UCIe1.0标准,计划对原本各家自有的Chiplet技术进行规范,对接口和协议等方面形成统一公认的标准,以此推动Chiplet生态建设。

近些年,美国政府对中国半导体的制裁步步升级,中国半导体产业逐渐意识到,产业链上下游的任何一环,如果不能实现自主可控,都存在被制裁的风险,Plan B势在必行。

因此,Chiplet作为后摩尔时代的热门技术之一,即便是已经有了像UCIe这样的产业联盟,不少业内人士依然认为我们需要一套属于自己的Chiplet技术标准。同时,也有质疑的声音认为,未来的UCIe会重现PCIe的辉煌,成为行业标准并推动Chiplet成为主流,另起炉灶自建一套技术标准意义不大。

火热的Chiplet,平衡性能与成本的“灵丹妙药”

对Chiplet标准讨论的火热,主要源于在晶体管微缩的实现越来越昂贵的今天,人类依然希望找到成本更低的方法推动芯片能效比的提升,Chiplet就能满足这一要求。

根据长江证券的研报给出的解释,所谓的Chiplet,是一种可平衡计算性能与成本,提高设计灵活度,且提升IP模块经济性与复用性的新技术之一,本质上是IP核芯片化的小芯粒,将SoC分解为单独的、预先在工艺线上生产好的、实现特定功能的芯片裸片,再将这些模块化的小芯粒互连起来,并通过2.5D或3D的技术封装在一起,从而形成一颗异构集成系统级芯片。

具体而言,目前主流的系统级单芯片SoC是将多个负责不同类型计算任务的计算单元,通过光刻的形式制造到同一块晶圆上,Chiplet则是可以将不同的核心选择合适的工艺分开制造,再用先进封装技术封装,不需要全部都采用先进制程在同一块晶圆上进行一体化制造。

主流的系统级单芯片SoC虽然方便,但随着制程的提升,良率降低,晶圆面积有效利用率下降,成本降低等问题愈发明显,正如上文中所解释的那样,Chiplet技术的出现正好可以解决这些问题。

另一方面,Chiplet将SoC模块化之后,可以减少重复的设计和验证环节,提高产品的迭代速度,与更加追求效率的后摩尔时代调性相同。

值得注意的是,因为Chiplet技术强调将模块化的小芯粒互连,因此容易同“先进封装”概念混淆。英特尔中国研究院院长宋继强博士曾在一次活动上对这两个概念进行区分,表示先进封装和Chiplet的概念并不等同,先进封装是将不同的芯片很好地封装在一个更大的芯片中,是集成制造技术,而Chiplet更多则是对芯片架构或系统架构的设计理念。

“多芯片封装集成中未必需要Chiplet的设计,但想要实现Chiplet,则一定需要用到先进封装。”宋继强解释道。

这些Chiplet的内涵,其实在业界早已有所体现,例如,Fabless厂商AMD比拥有晶圆厂的英特尔更早发挥Chiplet技术的功效。2019年,AMD发布的Ryzen3000系列中部署了基于Chiplet技术的Zen 2 内核,以较高的性价比快速分食英特尔在PC领域的市占率。

基于这一逻辑,在Chiplet领域,AMD与英特尔之间的关系类似当下的中美关系,基于先进制程的芯片制造一直是大陆的短板,因此某种程度上,中国更应该重视Chiplet的发展。

“但盲目夸大Chiplet的作用也是不对的,只是Chiplet设计方式加上成熟工艺在某些场景下小于或等同于先进工艺的作用,Chiplet并不能替代以光刻机的演进为主要方向的传统集成电路技术路线。”中国计算机互连技术联盟CCITA郝沁汾说道。

中国Chiplet技术标准,与UCIe并不冲突

尽管真实的Chiplet技术并不能“万能”到缓解我国在光刻机等制造设备上“卡脖子”的困境,但其平衡性能与成本的作用已经被多家国际芯片大厂验证,有进一步发展的必要性。

不过Chiplet作为一种互连技术,能否进一步向前发展,取决于业内能否出现一种将不同芯片模型连接起来的标准接口。

因此在今年3月份,全球知名芯片制造商英特尔、台积电、三星联手芯片封测龙头日月光,携AMD、Arm、高通、谷歌、微软、Meta等科技行业巨头推出了一个全新的通用芯片互连标准:通用小芯片快连(UCle)。旨在为小芯片互连定制一个新的开放标准,简化相关流程,并提高来自不同制造商的小芯片之间的互操作性。这一标准之下,芯片制造商可以在合适的情况下混合构建芯片。

标准发布之后,除了国际巨头的身影,芯原股份、灿芯半导体、芯来科技、牛芯等诸多国内芯片厂商也纷纷宣布加入UCIe产业联盟。

积极拥抱国际标准作为Plan A,定制属于自己的标准是Plan B。

事实上,早在2020年8月,中科院计算所牵头成立了中国计算机互连技术联盟(CCITA),重点围绕Chiplet小芯片和微电子芯片光I/O成立了2个标准工作组,并于2021年6月在工信部中国电子工业标准化技术协会立项了《小芯片接口总线技术》《微电子芯片光互连接口技术》2项团体标准。小芯片接口标准制定,目前集结了国内产业链上下游六十多家单位共同参与研究。

上周五,中国自建的Chiplet技术标准(《小芯片接口总线技术要求》 )正式发布,这项标准描述了CPU、GPU、人工智能芯片、网络处理器和网络交换芯片等应用场景的小芯片接口总线(Chiplet)技术要求,包括总体概述、接口要求、链路层、适配层、物理层和封装要求等,以灵活应对不同的应用场景、适配不同能力的技术供应商,通过对链路层、适配层、物理层的详细定义,实现在小芯片之间的互连互通,并兼顾了PCIe等现有协议的支持,列出了对封装方式的要求。

小芯片设计不但可以使用国际先进封装方式,比如CoWoS,也可以充分利用国内封装技术积累,实现一种或者几种成本低廉、重点针对 Chiplet芯片架构、可以覆盖80%以上应用场景的先进封装手段。

郝沁汾作为中国小芯片标准的主要发起人和起草人,他在谈到中国发布的小芯片相关技术标准时指出:中国的小芯片标准是开放的,从标准的协议到参考实现都是开放的,实现参考设计所需的技术细节,我们都可以在标准协议中找得到。我们将围绕这样一套原生的技术标准,进一步完善标准内容,开发相应的参考设计,并孵化相应的企业,以推动我国集成电路行业围绕Chiplet技术形成更加广泛的社会分工。

至于中国小芯片标准与UCIe的关系,郝沁汾表示,中国小芯片标准更偏重本土化的需求,与UCIe并不是竞争关系,目前CCITA已经在考虑和Intel UCIe在物理层上兼容,以降低IP厂商支持多种Chiplet标准的成本。(雷峰网(公众号:雷峰网)

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