Chiplet，進展如何

公眾號記得加星標??，第一時間看推送不會錯過。

Objective Analysis 的 Jim Handy 和 Palo Alto Electron 的 Jawad Nasrullah 在上周的 Chiplet 峰會上發表了預測，闡述了 Chiplet 市場的發展方向以及為什么需要 Chiplet 來加速 AI 的發展。

Handy指出，20世紀90年代的多芯片模塊（MCM）發展到90年代中期的多芯片封裝（MCP），隨后又發展到NAND閃存堆疊、堆疊芯片、大芯片（例如2011年左右Xilinx的切片式FPGA）、混合工藝（例如AMD的I/O芯片，其核心復合體位于中心）、采用TSV的HBM、混合鍵合（最初由YMTC和Sandisk等公司應用于CMOS圖像傳感器）以及AMD的VCache技術。但這些都是Chiplet嗎？

圖 1. Chiplet目前在哪些領域應用

就本次演示而言，Chiplet設計被定義為同一封裝內的多個芯片，這些芯片使用針對封裝內通信優化的信號相互通信（這排除了上圖 1 中的前 3 個芯片）。

Handy 列出了使用Chiplet的九個令人信服的理由：

1、由于Reticle尺寸限制，設計尺寸過大，無法安裝在單個芯片上，因此需要將其分割到多個芯片上。

2、較大的芯片良率較低，因此使用更多更小的Chiplet更經濟。

3、先進工藝節點中大型設計（靠近光罩）的掩模成本可能在 3000 萬美元到 5000 萬美元之間。

4、Chiplet使芯片制造商能夠將昂貴的工藝節點的使用限制在那些有利可圖的地方。

5、它們使生成更多 SKU 變得更加容易。

6、它們能以更低的非經常性工程費用加快產品上市速度。

7、它們能夠混合使用不同的晶圓技術，例如存儲器與邏輯電路，或光學器件。

8、有些技術不會隨著工藝節點的縮小而縮小（SRAM）。

9、Chiplet可以節省電能。

圖 2. 良率與die面積的關系

Xilinx 使用多個Chiplet來制造大型 FPGA，是有效制造大型芯片的一個范例。圖 2 展示了使用玻色-愛因斯坦曲線集計算出的良率圖。大型單芯片的良率最低，因此對于大型應用（尤其是面向大型數據中心的 AI 應用）而言，Chiplet是一種更具經濟效益的解決方案。

圖 3. 大型單片芯片與小型Chiplet示例

Handy指出，圖3中的表格由AMD首席執行官蘇姿豐展示，旨在說明4芯片設計如何在成本僅為59%的情況下，提供更大的芯片面積和更優的解決方案。僅在具有明顯優勢時才使用昂貴的工藝節點也有助于降低成本。圖4（如下）顯示，SRAM的尺寸在5nm左右的工藝節點縮小后已基本停止。

圖 4. SRAM 單元已停止縮放

根據以上數據，如果可以將SRAM放置在成本更低、工藝更老的芯片上，并通過混合鍵合技術連接，那么就沒有理由在先進的工藝中占用寶貴的面積來制造SRAM。AMD的Zen 5和Zen 5c設計就是利用不同的核心芯片和/或不同數量的核心芯片來更經濟地生產新SKU的例子。

HBM 是運用不同晶圓技術的一個例子，它將堆疊式 DRAM 工藝芯片與 CMOS 邏輯基片芯片相結合。CMOS 圖像傳感器 (CIS) 是另一個例子。未來還將出現更多類型的存儲器——MRAM、ReRAM（電阻式）和 FRAM（鐵電式）的出現，由于它們不會限制設計中其他部分的工藝，因此增加了應用的可能性。

電容是速度和低功耗的克星。對處理器而言，一切看起來都像電容——內存插槽、總線、DRAM 和擴展通道都需要消耗大量能量來擺動這些信號線。而走線在中介層上的信號線則具有更好的（更低的）電容特性。

圖 5. 規模經濟降低成本

規模經濟降低成本。DRAM 與 NAND 的競爭推動了 SSD 的誕生。同樣的現象也推動了 UCIe 的發展，它是規模擴大和 I/O 設計成本降低的副產品。

圖 6. 英偉達數據中心收入飆升

圖 7. 所有這些人工智能支出是否可持續

英偉達的數據中心收入飆升，超大規模數據中心的資本支出在 2025 年超過 700 億美元，約為 2024 年的兩倍。人工智能支出在超大規模數據中心收入中的占比也更高，過去五年中，其收入占比大約翻了一番。

Handy指出，Chiplet本身并不會創造新的市場，但它們正在推動人工智能的發展。Chiplet是一種賦能技術，他預計混合鍵合技術將會成為一項非常重要的技術。

報告最后預測，到2031年，芯片市場規模將達到6000億美元，與2025年半導體總收入大致相當。因此，在人工智能系統巨額資本支出的推動下，芯片市場滲透率將繼續增長。

圖 8. Chiplet 預測

（來源：編譯自semiengineering）

*免責聲明：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，半導體行業觀察轉載僅為了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯系半導體行業觀察。

今天是《半導體行業觀察》為您分享的第4328期內容，歡迎關注。

加星標??第一時間看推送

求推薦