電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/吳子鵬）最近，Market.us發(fā)布了針對(duì)芯片市場的分析報(bào)告，對(duì)于后續(xù)全球半導(dǎo)體市場發(fā)展給出了很多展望數(shù)據(jù)。比如，該機(jī)構(gòu)預(yù)測，2024年全球半導(dǎo)體市場規(guī)模預(yù)計(jì)將會(huì)達(dá)到6731億美元，到2032年預(yù)計(jì)將達(dá)到13077億美元；從2023到2032年，全球半導(dǎo)體市場銷售額將以8.8%的復(fù)合年增長率增長。

同時(shí)，在報(bào)告中，Market.us特別提到了Chiplet（小芯片）技術(shù)。該機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，未來十年Chiplet技術(shù)的年復(fù)合增長率將會(huì)高達(dá)42.5%，以一種狂奔的姿態(tài)將市場規(guī)模從2024年的44億美元提升到2033年的1070億美元。

圖源：Market.us

Chiplet加速芯片原型設(shè)計(jì)

Chiplet是將滿足特定功能的die（裸片），通過die-to-die內(nèi)部互聯(lián)技術(shù)實(shí)現(xiàn)多個(gè)模塊芯片與底層基礎(chǔ)芯片封裝在一起，形成一個(gè)系統(tǒng)芯片。這種設(shè)計(jì)可以加快原型制作，實(shí)現(xiàn)快速上市。

在當(dāng)前的芯片設(shè)計(jì)里，包含了CPU、GPU、DSP、ISP、NPU、Modem和接口IP等眾多不同功能的單元，在高度集成化的芯片里，先進(jìn)制程會(huì)對(duì)所有的單元進(jìn)行性能提升。不過，設(shè)計(jì)人員很快就發(fā)現(xiàn)，并不是所有的功能單元都需要那么高的制程，比如接口IP和模擬電路等對(duì)工藝制程的要求都沒有那么高。

于是乎，Chiplet技術(shù)對(duì)芯片設(shè)計(jì)進(jìn)行了分解，從設(shè)計(jì)時(shí)就先按照不同的計(jì)算單元或功能單元對(duì)其進(jìn)行分解，然后每個(gè)單元選擇最適合的半導(dǎo)體制程工藝進(jìn)行分別制造，再通過先進(jìn)封裝技術(shù)將各個(gè)單元彼此互聯(lián)，最終集成封裝為一個(gè)系統(tǒng)級(jí)芯片組。

毫無疑問，Chiplet是非常適合用于制造復(fù)雜度高的大芯片的，可以被看作是半導(dǎo)體IP經(jīng)過設(shè)計(jì)和制程優(yōu)化后的硬件化產(chǎn)品，其業(yè)務(wù)形成也從半導(dǎo)體IP的軟件形式轉(zhuǎn)向到Chiplet的硬件形式。Chiplet的實(shí)現(xiàn)開啟了IP的新型復(fù)用模式，即硅片級(jí)別的IP復(fù)用。

不僅如此，Chiplet能夠顯著幫助提升設(shè)計(jì)良率。芯片工藝制造的良率主要受到Bose-Einstein模型的影響，其中芯片面積、缺陷密度和掩膜版層數(shù)越大，芯片制造的良率就越低，Chiplet則能夠大幅降低這幾項(xiàng)指數(shù)，以提升良率。單個(gè)芯片的面積一般不超過800mm*800mm，如果裸芯的面積是400mm*400mm，良率才35.7%，縮小到200mm*200mm，良率會(huì)迅速提升到75%。面積縮小只是一個(gè)表象，實(shí)際上在面積縮小的同時(shí)，缺陷密度也會(huì)隨之降低，撞上缺陷的概率就會(huì)降低，且芯片面積縮小往往設(shè)計(jì)復(fù)雜度也會(huì)減小，掩膜版層數(shù)也就不需要那么多了。

另外，Chiplet能夠有效降低芯片的功耗，這也是PPA中一項(xiàng)重要的指數(shù)。比如AMD的Radeon RX 7900 XTX，通過采用Chiplet技術(shù)，每瓦性能較上一代改善了54%。

Chiplet背后的推動(dòng)力

過去幾年，Chiplet廣受關(guān)注且取得了不錯(cuò)的成績，包括AMD、英特爾、博通在內(nèi)芯片大廠都采用了這項(xiàng)技術(shù)。根據(jù)Market.us的預(yù)測，未來幾年Chiplet將繼續(xù)保持高速增長。

Market.us在報(bào)告中指出，Chiplet的高速增長是由多種因素促成的，包括當(dāng)前電子設(shè)備的復(fù)雜度和集成度日益上升，產(chǎn)品迭代速度不斷加快；摩爾定律放緩之后，產(chǎn)業(yè)界希望有更高效利用芯片制造工藝的技術(shù)出現(xiàn)；另外，生成式AI等應(yīng)用的爆發(fā)，對(duì)定制和特定應(yīng)用集成電路（ASIC）的需求也日益增長。Chiplet提供了混合和匹配不同功能模塊的靈活性，以滿足特定需求，使其成為從消費(fèi)電子產(chǎn)品到高性能計(jì)算和數(shù)據(jù)中心等一系列應(yīng)用的理想選擇。

2023年，CPU是Chiplet技術(shù)的主要推動(dòng)力，占據(jù)了41%的市場份額。這類芯片開始廣泛采用Chiplet技術(shù)的主要原因是，科技、金融和醫(yī)療保健等領(lǐng)域?qū)Ω咝阅苡?jì)算的需求不斷增加，推動(dòng)了對(duì)更高效、更強(qiáng)大的處理器的需求。同時(shí)，CPU更容易實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)。當(dāng)然，云計(jì)算和數(shù)據(jù)中心的興起，對(duì)于CPU的用量也是逐年遞增，且這些應(yīng)用對(duì)于CPU的性能和能效都有很高的要求，也能夠進(jìn)一步釋放Chiplet技術(shù)的潛能。

GPU當(dāng)然是緊隨其后的。采用Chiplet技術(shù)的GPU芯片主要用于高端游戲、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域，這些芯片高效處理復(fù)雜圖形和計(jì)算任務(wù)的能力使他們成為這些領(lǐng)域的關(guān)鍵組成部分。

從市場因素來看，消費(fèi)電子應(yīng)用依然是一個(gè)主導(dǎo)性的市場，智能手機(jī)、筆記本電腦和可穿戴設(shè)備都需要集成更復(fù)雜、更緊湊的芯片解決方案。芯片的模塊化設(shè)計(jì)為這些日益復(fù)雜的設(shè)備提供了所需的靈活性和可擴(kuò)展性。因此，消費(fèi)電子貢獻(xiàn)了26%的Chiplet市場份額。此外，物聯(lián)網(wǎng)和云游戲的潛力也是巨大的。比如，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要能夠處理和通信大量數(shù)據(jù)，同時(shí)消耗更少的電力的組件，這種需求能夠發(fā)揮Chiplet技術(shù)的特點(diǎn)，同時(shí)也讓Chiplet技術(shù)從高端芯片進(jìn)一步下探。

結(jié)語

目前Chiplet已經(jīng)有少量商業(yè)應(yīng)用，但是已經(jīng)表現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿?。?dāng)前，消費(fèi)電子還是主要的終端市場。隨著Chiplet逐漸成熟，云游戲和云計(jì)算市場會(huì)迸發(fā)出海量的Chiplet芯片需求，最終促成Chiplet的千億美元市場規(guī)模。