在摩爾定律奔向極限之際，IC制造大廠當(dāng)前也僅存三家能玩上百億美元的瘋狂游戲，但當(dāng)3納米、1納米終將成為物理極限，后摩爾定律時(shí)代(post-Moore‘s Law)降臨，半導(dǎo)體業(yè)者不難發(fā)現(xiàn)，原來迷思于摩爾定律之中(Lost in Moore’s Law)仍有另一種解方，這個(gè)解方很可能存在于“小芯片”(Chiplet)之中。雖說“小”野心卻不小，很可能帶給從上游IC設(shè)計(jì)、EDA Tools、制造工藝、先進(jìn)封測(cè)等各個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)顛覆式的改變。

曾發(fā)起成立臺(tái)積電后段封測(cè)部門的蔣尚義，如今來到武漢，率領(lǐng)武漢弘芯，他也看好此一方向，愿扮演推手角色，從這個(gè)小芯片系統(tǒng)變革出發(fā)，開展宏愿，從系統(tǒng)芯片打破芯片之間的籓籬，為摩爾定律之外尋找另一種解方。

話說“小芯片”撼動(dòng)力“一點(diǎn)不小”

2017年美國(guó)國(guó)防部先進(jìn)計(jì)劃署（DARPA）推動(dòng)的電子產(chǎn)業(yè)振興計(jì)劃（ERI）針對(duì)后摩爾定律（Post-Moore‘s-law）時(shí)代新材料、架構(gòu)與設(shè)計(jì)流程，其中一個(gè)課題就是小芯片（Chiplet）。這也讓小芯片的撼動(dòng)力與影響力正式浮現(xiàn)在世人眼前，備受關(guān)注。

在美國(guó)早期的Chiplet項(xiàng)目中，有企業(yè)如英特爾、Northrop、Micorss等，還有模塊芯片開發(fā)企業(yè)和高校如Ferric、Jariet、美光、Synopsys和密西根大學(xué)，以及EDA工具開發(fā)企業(yè)和高校如Candence和佐治亞理工等不同方參與。

簡(jiǎn)單來說，Chiplet小芯片，從系統(tǒng)端出發(fā)，先將復(fù)雜功能進(jìn)行分解，然后開發(fā)出多種具有單一特定功能，可相互進(jìn)行模塊化組裝的“小芯片”（Chiplet），如實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)流管理等功能，并最終以此為基礎(chǔ)，建立一個(gè)“小芯片”的芯片網(wǎng)絡(luò)（未來的電腦系統(tǒng)可能只包含一個(gè)CPU芯片和幾個(gè)GPU，這些GPU都連接到這個(gè)Chiplet芯片上，形成芯片網(wǎng)絡(luò)）。

做成Chiplet模式，需要構(gòu)建一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，需要有一個(gè)豐富的模塊芯片庫(kù)（Die Bank或者KGD；known Good Die Bank）可供選擇，集成者根據(jù)需求設(shè)計(jì)芯片架構(gòu)，自由選擇模塊芯片并由制造商進(jìn)行制造和封裝。

這與傳統(tǒng)IC制造流程不同的是，集成者不僅是購(gòu)買IP，而是采購(gòu)滿足整體芯片架構(gòu)的、即插即用的Die，這樣的Die在工藝上不受其他模塊的約束，工藝選擇靈活，可以是邏輯的芯片，也可以是模擬芯片。

理論上講，這種技術(shù)有助于IC制造客戶的交貨周期縮短，并以較低成本、較快周期實(shí)現(xiàn)芯片交付，但是生態(tài)環(huán)境能否成熟？以及芯片設(shè)計(jì)平臺(tái)的完整與IP保護(hù)？以及后段封裝測(cè)試等環(huán)節(jié)，皆需緊密配合到位。

而這個(gè)理念與實(shí)踐做法，與當(dāng)前武漢弘芯想做的系統(tǒng)芯片制造正好相契合。自7月初上任的弘芯CEO蔣尚義，向DIGITIMES談到當(dāng)前摩爾定律的發(fā)展逼近極限，與小芯片的“解方”這么分析，如今的晶圓制造精密度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電路板100萬(wàn)倍以上，盡管10年前，硅片技術(shù)造就的芯片密度也好過電路板有10萬(wàn)倍。

也就是說，當(dāng)一昧推進(jìn)摩爾定律朝向物理極限發(fā)展，到達(dá)7納米、5納米、3納米，盡管芯片密度不斷提高，但是系統(tǒng)端仍滯后，“好也只限于好芯片”在電路板子上芯片與芯片間的傳輸速度與功率仍然受限于最寬松的傳輸標(biāo)準(zhǔn)，并沒有發(fā)生全然性的改變。

這正如“水桶效應(yīng)”，一只水桶能裝多少水取決于它最短的那塊木板。一只木桶想盛滿水，必須每塊木板都一樣平齊且無破損，如果這只桶的木板中有一塊不齊或者某塊木板下面有破洞，這只桶就無法盛滿水。如今從系統(tǒng)端，必須解決從芯片與芯片之間解決補(bǔ)好系統(tǒng)整合的“短板”，而非單只是單一芯片追求極限工藝的推進(jìn)而已。

通過先進(jìn)封裝，能將小芯片統(tǒng)合到一起，這或許，可以解決當(dāng)前分散在電路板上各芯片單元各自為政，通過一個(gè)界面標(biāo)準(zhǔn)以較低的功耗與功率進(jìn)行芯片單元間的傳輸溝通，形成一個(gè)系統(tǒng)“小宇宙”。

而這也特別適用在物聯(lián)網(wǎng)等多元與低功耗的應(yīng)用領(lǐng)域，也是弘芯所最看好的應(yīng)用市場(chǎng)。

蔣尚義對(duì)DIGITIMES表示，如今的電路板線寬約近50微米，從晶圓制造的角度來說，標(biāo)準(zhǔn)非常寬松，傳輸之間所耗的功耗與性能的提升空間還非常大，不論從性能還是功耗的角度來說大大影響了I/O傳輸效率，這方面，需要小芯片有機(jī)會(huì)重新制定一個(gè)更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)腎/O標(biāo)準(zhǔn)，而非傳統(tǒng)在電路板上的寬泛標(biāo)準(zhǔn)。這也將是小芯片的競(jìng)爭(zhēng)力之源，將標(biāo)準(zhǔn)制定下來，將功耗與能效最佳化，盡管看似很容易，系統(tǒng)小芯片統(tǒng)合難度非常高，“小歸小，難度大”復(fù)雜度遠(yuǎn)超過行業(yè)內(nèi)的想象。

蔣尚義指出，美國(guó)DARPA推動(dòng)的電子產(chǎn)業(yè)振興計(jì)劃（ERI）推動(dòng)小芯片，開始啟動(dòng)主導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)，也建議國(guó)內(nèi)建立本土一套自己的標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)中國(guó)實(shí)現(xiàn)自己的標(biāo)準(zhǔn)，也是他現(xiàn)在正樂意推動(dòng)的事。

武漢弘芯愿扮推手 推動(dòng)Chiplet制定國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)

蔣尚義分析，IoT物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域多元，小芯片內(nèi)能夠涵蓋的芯片也相對(duì)地廣，從A2D、D2A等能將不同芯片利用先進(jìn)封裝整合到一起，他自十年前就看到摩爾定律將逼近物理極限，看準(zhǔn)先進(jìn)封裝將會(huì)是“解方”之一。他當(dāng)時(shí)向當(dāng)時(shí)臺(tái)積電董事長(zhǎng)張忠謀建議發(fā)展先進(jìn)封裝，并由底下關(guān)鍵人物余振華，帶領(lǐng)“整合連結(jié)與封裝”部門。

蔣尚義回憶，當(dāng)時(shí)向張忠謀提案，發(fā)展先進(jìn)封裝說未來先進(jìn)封測(cè)，張忠謀考慮僅一個(gè)小時(shí)，慨然答應(yīng)，承諾增加400名研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員，投資了1億美元，“張大帥聽了我報(bào)告后，僅用了一個(gè)小時(shí)考慮，決策還是非常果決！”蔣尚義對(duì)DIGITIMES回憶道。

經(jīng)過一年研發(fā)投入，當(dāng)時(shí)臺(tái)積電自研先進(jìn)封裝的量仍相當(dāng)少，客戶接受度也不并不很高，蔣尚義說當(dāng)時(shí)險(xiǎn)些“成了一個(gè)笑話”，于是他親自拜訪客戶尋找問題點(diǎn)所在。

一位客戶告訴他，如果臺(tái)積電能做到芯片在一平方厘米內(nèi)售價(jià)1美分以下甚至價(jià)錢更低就可以接受，原來當(dāng)時(shí)臺(tái)積電做出的成本是7美分，已超過客戶售價(jià)，客戶承擔(dān)不起，蔣尚義說，“從客戶口中，我上了寶貴的一課，即使你做出的芯片再好，但要價(jià)錢更低，即便性能維持不變，客戶也才會(huì)想要！”

如今，臺(tái)積電的先進(jìn)封裝從CoWos發(fā)力已走到InFo再到SoIC，臺(tái)積電封裝芯片歷經(jīng)十年余，已成為年?duì)I收上30億美元的大生意。

而眼見下一步chiplet將帶動(dòng)的產(chǎn)業(yè)變革，仍存在許多未知，chiplet在后摩爾定律時(shí)代將牽動(dòng)IC設(shè)計(jì)、EDA Tools、IC制造與封測(cè)業(yè)何種變革？乃至于基板材料的改變？都將牽動(dòng)行業(yè)變化的神經(jīng)。蔣尚義說，過去他參與臺(tái)積從CoWos發(fā)力走到InFo，下一個(gè)階段是什么？正是他現(xiàn)正著手的進(jìn)行式。

Chiplet帶動(dòng)的行業(yè)變革

近日在一場(chǎng)由芯聯(lián)芯主辦的圓桌討論會(huì)議上，來自IP、設(shè)計(jì)服務(wù)與IC制造業(yè)大咖同臺(tái)探討了Chiplet對(duì)行業(yè)產(chǎn)生的變革與影響，并邀DIGITIMES與會(huì)。

從武漢弘芯蔣尚義的分析之中，他認(rèn)為，從傳統(tǒng)晶圓制造角度，如今已走到7納米工藝，IC投片的成本至少5億美元，出片時(shí)間長(zhǎng)達(dá)4-5個(gè)月，這代表芯片業(yè)者至少需要賣20億美元金額，賣到終端市場(chǎng)4億顆芯片以上才有可能回收高昂的設(shè)計(jì)成本。放眼除了，智能手機(jī)芯片此一巨量市場(chǎng)，并非所有芯片玩家都能進(jìn)入門檻。

反觀IoT市場(chǎng)百花齊放，應(yīng)用多元，不必盲目追求摩爾定律微縮，靠著小芯片die Bank選取需要的芯片組合與IP硅智財(cái)。以一家傳感器IC公司只需要核心20位研發(fā)工程師為例，不必增加額外的30名工程師處理A2D, D2A與存儲(chǔ)器等芯片架構(gòu)的問題，這就足以走向Design-Lite輕簡(jiǎn)化。

一家公司可節(jié)省30名人力，不需要等待4-5個(gè)月繁復(fù)的制造過程，通過先進(jìn)封裝，很可能一周至一個(gè)月就能交付，節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間資源成本，加快了交期與芯片進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間，簡(jiǎn)單直白“Time is Money”。

芯聯(lián)芯首席運(yùn)營(yíng)官(COO)石克強(qiáng)則也認(rèn)為，摩爾定律已走到盡頭之際，Chiplet發(fā)展或許連摩爾仍在世，也是他意料不到的，這另一途徑可說更好、更快、更便宜的讓芯片不再受制于線寬與傳輸速度。

從設(shè)計(jì)服務(wù)的環(huán)節(jié)來講，如何建立起當(dāng)中的生態(tài)環(huán)境與伙伴關(guān)系，擴(kuò)大Die Bank并且建立標(biāo)準(zhǔn)這也都是至關(guān)重要的事。

Wave Computing首席執(zhí)行官Art Swift也認(rèn)為，IP將為Chiplet小芯片添磚加瓦（building block），扮演重要的構(gòu)成要素。

而從系統(tǒng)層面來說，每顆Die都需要確認(rèn)良品率也就是KGD(Known Good Die)，因?yàn)橹灰腥魏我粋€(gè)Die有瑕疵整個(gè)系統(tǒng)等同于報(bào)廢，損失將非常巨大。芯聯(lián)芯首席執(zhí)行官(CEO)何薇玲也強(qiáng)調(diào)，所謂的“GIGO”規(guī)則，就是“Garbage in, Garbage out”千萬(wàn)不要無用地輸出輸入，在系統(tǒng)芯片中，一方面必須慎選IP智財(cái)，同時(shí)確保IP智財(cái)沒有專利侵權(quán)問題，確保擁有完整的IP保護(hù)，否則后果不堪設(shè)想，產(chǎn)品能否順利問世將打問號(hào)。

芯聯(lián)芯目前擁有MIPS架構(gòu)全球銷售權(quán)、中國(guó)與港澳地區(qū)獨(dú)家經(jīng)營(yíng)權(quán)，從IP的觀點(diǎn)切入，何薇玲對(duì)DIGITIMES表示，成熟CPU架構(gòu)正是Chiplet的核心，能讓系統(tǒng)運(yùn)作得更穩(wěn)當(dāng)規(guī)律、更省能耗，IP成熟度與來源正當(dāng)性往往是影響產(chǎn)品能否順利上市，能不能最終打下市場(chǎng)的關(guān)鍵。

她說“天下沒有免費(fèi)的餐，免費(fèi)的往往才是最貴的”在IP領(lǐng)域，現(xiàn)在各界都在談“開源”，尤其中國(guó)市場(chǎng)“開源的春天來了”，但是，開源并不見得全然是免費(fèi)，只是從營(yíng)運(yùn)模式與收費(fèi)模式上形式有所不同，而這更需要生態(tài)共同的認(rèn)可與攜手推進(jìn)。目前芯聯(lián)芯落地是100%中資，以市場(chǎng)領(lǐng)先的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，持續(xù)推進(jìn)新、老客戶在CPU 發(fā)展道路上前行。

或許，正當(dāng)紅的Chiplet小芯片，芯片連芯片，也是芯聯(lián)芯期待一波絕佳機(jī)會(huì)的到來。