制造2D和2.5D multi-die的技術(shù)已存在了近十年。然而，在Generative AI時(shí)代來(lái)臨之前，chiplet的需求一直萎靡不振。Nvidia的AI處理器橫掃市場(chǎng)，引發(fā)了一場(chǎng)突如其來(lái)的變革，讓foundry和OSAT公司們措手不及?，F(xiàn)在的關(guān)鍵是，躍躍欲試的chiplet公司們還能等多久，以及是否可以選擇去中國(guó)生產(chǎn)chiplet。

隨著全球chiplet需求的飆升，產(chǎn)能短缺問(wèn)題已成為AI處理器、HPC開(kāi)發(fā)商和尋求可擴(kuò)展汽車半導(dǎo)體設(shè)計(jì)的OEM/Tier 1的當(dāng)務(wù)之急。

Faraday USA（臺(tái)灣公司在美國(guó)的分支機(jī)構(gòu)）總裁K.H.Lee說(shuō)，像雪片一樣飛過(guò)來(lái)的chiplet RFQ讓他們忙得不可開(kāi)交。這些RFQ主要來(lái)自美國(guó)和中國(guó)公司。

汽車技術(shù)和商業(yè)專家、Hoellisch Consulting的CEO兼創(chuàng)始人Juergen Hoellisch本周表示，他的公司正在處理大量來(lái)自歐洲OEM的緊急請(qǐng)求，他們都渴望與chiplet公司合作。他說(shuō)：“他們甚至告訴我，如果沒(méi)有合適的公司，就找中國(guó)的chiplet公司吧。”

事實(shí)上，中小型公司與任何foundry談判產(chǎn)能的機(jī)會(huì)都不大，尤其是TSMC。目前，TSMC的大部分chiplet產(chǎn)能都已預(yù)定。Nvidia和AMD共占據(jù)了高達(dá)80%的chiplet產(chǎn)能，Broadcom則占了另外的10%。

在這樣的背景下，AI硬件初創(chuàng)公司Tenstorrent本周宣布選擇Samsung作為其chiplet的foundry合作伙伴，令人感到意外。Tenstorrent的明星CEO Jim Keller在一份聲明中說(shuō)：“Samsung foundry致力于推動(dòng)半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，這與我們推進(jìn)RISC-V和AI的愿景不謀而合，使他們成為將我們的AI chiplet推向市場(chǎng)的理想合作伙伴?！?/p>

目前，TSMC、Samsung和Intel三大foundry都提供chiplet生產(chǎn)。但沒(méi)有一家有足夠的產(chǎn)能。據(jù)業(yè)內(nèi)人士稱，“至少要推遲一年或一年半”，foundry才能開(kāi)始處理任何的chiplet項(xiàng)目。

更糟糕的是，在供應(yīng)緊縮期間，領(lǐng)先f(wàn)oundry開(kāi)發(fā)的內(nèi)部先進(jìn)封裝已成為chiplet客戶難以逾越的障礙。

以TSMC為例。憑借CoWoS（Chip on Wafer on Substrate）封裝，TSMC向客戶吹噓自己有能力將處理器、內(nèi)存和圖形處理器等多個(gè)芯片或die集成到一個(gè)封裝中。TSMC通過(guò)取代負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)先進(jìn)封裝的OSAT（Outsourced Semiconductor Assembly and Test）公司實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。TSMC甚至禁止客戶到foundry以外的地方進(jìn)行高級(jí)封裝。

然而，面對(duì)當(dāng)下緊張的CoWoS晶圓加工能力，TSMC突然改弦易轍。它現(xiàn)在允許客戶與OSAT公司合作，并鼓勵(lì)他們尋找自己的解決方案。

據(jù)報(bào)道，一些客戶已轉(zhuǎn)向Samsung生產(chǎn)芯片。但Samsung的產(chǎn)能也迅速飽和。Samsung與韓國(guó)領(lǐng)先的OSAT公司Amkor Technology簽訂了協(xié)議，后者的富余產(chǎn)能也在迅速減少。

為何chiplet產(chǎn)能無(wú)法迅速提高？

據(jù)報(bào)道，TSMC目前的CoWoS高級(jí)封裝產(chǎn)能為每月12,000件。Faraday的Lee表示“這個(gè)數(shù)字微不足道“，與TSMC每個(gè)節(jié)點(diǎn)的常規(guī)CMOS晶圓處理能力（每月15萬(wàn)個(gè)）相比，這簡(jiǎn)直不值得一提。

更麻煩的是，提高foundry的chiplet處理能力并不那么簡(jiǎn)單。chiplet和封裝技術(shù)必須齊頭并進(jìn)，這樣才能在先進(jìn)封裝中解決最終產(chǎn)品的所有機(jī)械、熱管理和電氣問(wèn)題。這就要求在工程設(shè)計(jì)上給予更多關(guān)注。此外，這個(gè)過(guò)程仍然是手工操作，Lee說(shuō)：“它不是自動(dòng)化的，這就意味著，它不是foundry的24小時(shí)作業(yè)。”

與OSAT公司合作？

在chiplet上可隨意與OSAT合作聽(tīng)起來(lái)很自由。但其實(shí)只會(huì)帶來(lái)新的麻煩。

小型chiplet供應(yīng)商或剛剛涉足chiplet領(lǐng)域的公司面臨著一個(gè)重大挑戰(zhàn)，即如何找到合適的OSAT公司與之合作。下一個(gè)障礙是獲得所選OSAT的充分關(guān)注。（什么？從未與OSAT公司合作過(guò)？那祝你好運(yùn)。）

最關(guān)鍵的是，對(duì)于任何習(xí)慣于讓foundry負(fù)責(zé)從2D和2.5D chiplet設(shè)計(jì)到先進(jìn)封裝的企業(yè)來(lái)說(shuō)，chiplet的技術(shù)細(xì)節(jié)完全是個(gè)黑箱。長(zhǎng)期以來(lái)的謎團(tuán)包括chiplet如何連接、die之間使用哪種類型的interposer或基板以及如何優(yōu)化。

Faraday的作用

Faraday希望填補(bǔ)那些渴望開(kāi)發(fā)chiplet，但被TSMC或Samsung的產(chǎn)能拒之門外的中小型公司的需求空白。

最重要的是，Lee強(qiáng)調(diào)Faraday非常清楚如何生產(chǎn)interposer?！皼](méi)有interposer，就無(wú)法構(gòu)建chiplet“。憑借SoC和IP設(shè)計(jì)能力，Lee將Faraday描述為“多源chiplet封裝的中立主機(jī)”。

Faraday的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是它的血統(tǒng)。Faraday是一家ASIC/SoC和芯片IP的fabless公司。其優(yōu)勢(shì)在于靈活的業(yè)務(wù)模式，允許處于不同設(shè)計(jì)階段的客戶開(kāi)始實(shí)施ASIC。

Lee表示，F(xiàn)araday從建立ASIC設(shè)計(jì)流程中獲得的高速IP設(shè)計(jì)和測(cè)試經(jīng)驗(yàn)將為其chiplet業(yè)務(wù)提供支持。

由于總部在臺(tái)灣，F(xiàn)araday在管理“跨foundry處理”方面具有物流優(yōu)勢(shì)。該公司稱，它與UMC和臺(tái)灣的OSAT公司關(guān)系密切，能夠“對(duì)臺(tái)灣Tier 1 OSAT的產(chǎn)能、產(chǎn)量、質(zhì)量和生產(chǎn)進(jìn)度控制進(jìn)行本地管理”。

Faraday聲稱，它與臺(tái)灣Tier 1在OSAT運(yùn)營(yíng)方面有著牢固的關(guān)系和良好的記錄。(Image：Faraday）

目前，Nvidia除了與TSMC合作外，還與UMC合作。Nvidia在UMC制造的chiplet interposer由Faraday生產(chǎn)。有了這些聯(lián)系，F(xiàn)araday有信心為chiplet客戶提供經(jīng)驗(yàn)和服務(wù)。

Lee指出，Samsung目前由于產(chǎn)能緊張也正在向Faraday介紹客戶。

車廠為何選擇chiplet？

除了數(shù)據(jù)中心和AI硬件設(shè)計(jì)，汽車行業(yè)也在推動(dòng)chiplet需求的增長(zhǎng)。

面對(duì)來(lái)自中國(guó)日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)和Tesla在電動(dòng)車領(lǐng)域的巨大領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，車廠正轉(zhuǎn)向chiplet，提出一種革命性的方法。

Imec的汽車VP Bart Plackle認(rèn)為，汽車行業(yè)的生態(tài)系統(tǒng)“已被完全顛覆”。在前不久的AutoSens會(huì)議上，他在一個(gè)chiplet論壇上解釋說(shuō)，Tier 1提供集成、Tier 2只提供組件的傳統(tǒng)觀念已經(jīng)過(guò)時(shí)。他說(shuō)：“Nvidia和Qualcomm不僅提供芯片，還提供整個(gè)堆棧，而OEM則希望通過(guò)chiplet來(lái)顛覆生態(tài)系統(tǒng)?！?/p>

車廠被chiplet的概念所吸引，因?yàn)樗兄Z提供自由組合和匹配不同“積木”的能力，就像樂(lè)高一樣。

Plackle說(shuō)，OEM希望為其高端產(chǎn)品“挑選”CPU、GPU和加速器，同時(shí)為中低端產(chǎn)品開(kāi)發(fā)單獨(dú)的集群。這種軟件包級(jí)的集成、驗(yàn)證和測(cè)試可能成為OEM、Tier 1或Tier 2的職責(zé)。

Chiplet論壇主持人Hoellisch對(duì)此表示贊同。他解釋說(shuō)，chiplet“可以為汽車行業(yè)注入全新的活力。降低成本、提高性能，還能大大加快整體設(shè)計(jì)時(shí)間”。

目前chiplet產(chǎn)能不足的問(wèn)題在車廠中可能還不是什么大問(wèn)題，因?yàn)樗麄內(nèi)栽诿髦小Ｋ麄兿Ｍ罱K能開(kāi)發(fā)并商定chiplet之間的某些標(biāo)準(zhǔn)化接口。

然而，chiplet產(chǎn)能的限制暴露了未來(lái)潛在的危機(jī)。傾向于采用垂直模式生產(chǎn)芯片的foundry很可能會(huì)與傾向于采用水平方式的汽車行業(yè)的公司們發(fā)生沖突。

到目前為止，foundry之所以選擇垂直模式，是因?yàn)樗麄兿Ｍ刂茝脑O(shè)計(jì)到封裝的整個(gè)chiplet加工鏈。OEM、Tier 1和Tier 2則在追求純粹、靈活和理想的橫向的chiplet的設(shè)計(jì)夢(mèng)想，在這種理想模式下，他們可以自由選擇由不同chiplet公司設(shè)計(jì)、不同foundry制造的chiplet。

中國(guó)情況怎么樣？

Plackle認(rèn)為，中國(guó)在chiplet設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)方面比西方“至少領(lǐng)先兩年”。

當(dāng)中國(guó)公司無(wú)法獲得先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)時(shí)，中國(guó)政府和芯片公司集體決定選擇chiplet。Plackle說(shuō)：“如果你看看他們的chiplet設(shè)計(jì)得有多好，以及他們是如何專注于解決具體問(wèn)題的，我就會(huì)感到擔(dān)憂。相比之下，在西方，我們現(xiàn)在才開(kāi)始討論chiplet，并開(kāi)始結(jié)成聯(lián)盟?！?/p>

在中國(guó)的許多汽車芯片開(kāi)發(fā)商中，包括地平線和黑芝麻，chiplet已被放在最高優(yōu)先級(jí)。

兩個(gè)月前，Routers援引了Anaqua分析解決方案總監(jiān)Shayne Phillips的觀點(diǎn)：“華為去年在中國(guó)公布了900多項(xiàng)chiplet相關(guān)的專利申請(qǐng)和授權(quán)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于2017年的30項(xiàng)?！?/p>

中國(guó)也有OSAT公司，包括JCET和同孚，都活躍在chiplet領(lǐng)域。據(jù)報(bào)道，它們正在開(kāi)發(fā)2.5D、3D先進(jìn)chiplet封裝。

芯原（VeriSilicon）擁有多種用于multi-chiplet設(shè)計(jì)的驗(yàn)證工具，據(jù)說(shuō)服務(wù)于HPC領(lǐng)域的公司都在使用。今年早些時(shí)候，芯原的CEO戴偉民（Wayne Dai）在宣布公司加入U(xiǎn)CIe產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟時(shí)說(shuō)：“平板電腦/筆記本電腦需要更多不同功能的異構(gòu)處理器IP，數(shù)據(jù)中心需要集成多個(gè)通用高性能計(jì)算模塊，車規(guī)級(jí)chiplet可以顯著提高汽車芯片的迭代效率，降低單芯片故障帶來(lái)的潛在安全風(fēng)險(xiǎn)，這些都是chiplet的理想用例?！?/p>

顯然，中國(guó)公司明白這一點(diǎn)。Chiplet是未來(lái)的趨勢(shì)。

然而，問(wèn)題依然存在。在中國(guó)，誰(shuí)在制造這些chiplet，采用何種互連和接口技術(shù)？誰(shuí)在提供interposer？

Faraday的Lee證實(shí)了中國(guó)對(duì)chiplet的濃厚興趣。但他補(bǔ)充說(shuō)：“我不得不說(shuō)，現(xiàn)在，這還只是一個(gè)試驗(yàn)。每個(gè)人都想知道這是否可行。每個(gè)人都在努力實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。但他們?nèi)栽谶M(jìn)行評(píng)估。這就是我們收到越來(lái)越多RFQ的原因。”

審核編輯：劉清