集成電路行業(yè)專題：先進制程貼近物理極限，算力需求Chiplet迎來黃金發(fā)展期.pdf

集成電路行業(yè)專題：先進制程貼近物理極限，算力需求Chiplet迎來黃金發(fā)展期。Chiplet 俗稱“芯粒”或“小芯片組”，通過將原來集成于同一 SoC 中 的各個元件分拆，獨立為多個具特定功能的 Chiplet，分開制造后再 通過先進封裝技術(shù)將彼此互聯(lián)，最終集成封裝為一個系統(tǒng)芯片。與傳 統(tǒng)的 SoC 依靠先進制程（摩爾定律）提高晶體管密度不同，Chiplet 通過先進封裝的方式，將各個芯片單元彼此互聯(lián)，從而提高集成度。 由于摩爾定律在往 5nm 以及 3nm 等先進制程推進過程中逐步放緩， 單位晶體管所需要付出的成本降低的速度正在持續(xù)放緩，Chiplet 性 價比逐步凸顯。Chiplet 可以通過多個裸片片間集成，突破了單芯片 SoC 的諸多瓶頸，帶來一系列優(yōu)越特性，從而延續(xù)摩爾定律。

AI 等高算力芯片的需求增加，Chiplet 迎來高速發(fā)展：

從下游應(yīng)用場景來看，服務(wù)器、自動駕駛領(lǐng)域是比較適合 Chiplet 落地場景，隨著近年來高性能計算、人工智能、5G、汽車、云端 等新興市場的蓬勃發(fā)展，對于算力的需求持續(xù)攀升，下游 IC 設(shè)計 廠陸續(xù)推出 Chiplet 解決方案的高算力芯片。AMD 于 2023 年初發(fā) 布了第一個數(shù)據(jù)中心 APU（Accelerated Processing Unit，加速 處理器）產(chǎn)品 MI300，擁有 13 個小芯片，基于 3D 堆疊，包括 24 個 Zen4 CPU 內(nèi)核，總共包含 128GB HBM3 顯存和 1460 億 晶體管，性能上比此前的 MI250 提高了 8 倍,在功耗效率上提高 了 5 倍。英偉達 H100 采用了臺積電 4nm 制程和 COWOS 封裝工 藝，擁有一顆 GPUSOC 和 6 顆 HBM。GH200 也采用 Chiplet 方案， 將 72 核的 Grace CPU、H100 GPU、96GB 的 HBM3 和 512 GB 的 LPDDR5X 集成在同一個封裝中，擁有高達 2000 億個晶體管。根據(jù) Gartner 數(shù)據(jù)統(tǒng)計，基于 Chiplet 的半導(dǎo)體器件銷售收入在 2020 年僅為 33 億美元，2022 年已超過 100 億美元，預(yù)計 2023 年將超 過 250 億美元，2024 年將達到 505 億美元，復(fù)合年增長率高達 98%。

國際龍頭布局 Chiplet 先進封裝，國內(nèi)廠商緊跟產(chǎn)業(yè)趨勢：

目前全球封裝技術(shù)主要由臺積電、三星、Intel 等公司主導(dǎo)，其中臺 積電在 Chiplet 處于領(lǐng)導(dǎo)地位，其推出的 3DFabric，搭載了完備的 3D 硅堆棧（3D Silicon Stacking）和先進的封裝技術(shù)，技術(shù)先后被 用于賽靈思的 FPGA、英偉達的 GPU 以及 AMD 的 CPU 和 GPU。國內(nèi)廠商 方面，中國三大封測企業(yè)長電科技、通富微電與華天科技都在積極布局 Chiplet 技術(shù)，目前已經(jīng)具備 Chiplet 量產(chǎn)能力。長電科技推出的 XDFOI™可實現(xiàn) TSV-less 技術(shù)，達到性能和成本的雙重優(yōu)勢；通富微 電 7nm Chiplet 產(chǎn)品已大規(guī)模量產(chǎn)，5nm 產(chǎn)品已完成研發(fā)即將量產(chǎn)； 華天科技目前已建立三維晶圓級封裝平臺—3D Matrix，Chiplet 產(chǎn) 品已實現(xiàn)量產(chǎn)，主要應(yīng)用于 5G 通信、醫(yī)療等領(lǐng)域。