中國首個原生Chiplet技術標準發布

這是中國首個原生Chiplet技術標準，對于中國集成電路產業延續“摩爾定律”，突破先進制程工藝限制具有重要意義。

記者從12月16日舉辦的“第二屆中國互連技術與產業大會”上獲悉，首個由中國集成電路領域相關企業和專家共同主導制定的《小芯片接口總線技術要求》團體標準正式通過工信部中國電子工業標準化技術協會的審定并發布。據悉，這是中國首個原生Chiplet技術標準，對于中國集成電路產業延續“摩爾定律”，突破先進制程工藝限制具有重要意義。此外，大會同步介紹了《微電子芯片光互連接口技術》標準，這也是世界上3大CPO（Co-Packaged Optics）標準之一。本屆大會由中國計算機互連技術聯盟（CCITA）、中國電子技術標準化研究院（CESI）、中國電子工業標準化技術協會(CESA)以及無錫市工信局、無錫市錫山區政府共同主辦。

Chiplet構建摩爾定律新機遇

Chiplet通常被翻譯為“芯粒”或“小芯片”，它是系統級芯片（SoC）集成發展到后摩爾時代后，持續提高集成度和芯片算力的重要途徑。通過芯粒技術或將可以彌補目前芯片制造方面先進制程技術落后的缺陷，為國內半導體產業鏈帶來新機遇。小芯片技術是將滿足特定功能的裸片通過die-to-die 內部互連技術，實現具備更多功能或更高性能的芯片。在當前技術進展下，Chiplet方案能夠實現芯片設計復雜度及設計成本的下降。Chiplet的運用也將大幅提高大型芯片良率，同時降低芯片制造成本。

近幾年，隨著 AMD、英特爾、臺積電、英偉達等國際芯片巨頭紛紛入局Chiplet，加入進來的企業越來越多，設計樣本也越來越多，開發成本下降，加速了Chiplet技術生態的發展。據Omdia報告，到2024年，Chiplet的市場規模將達到58億美元，2035年超過570億美元，Chiplet的全球市場規模將迎來快速增長。

近年來，隨著集成電路先進制程工藝的突破，芯片制程工藝逐漸升級。以先進工藝節點處于主流應用時期的設計成本為例，工藝節點為28nm時，單顆芯片設計成本約為0.41億美元，而工藝節點為7nm時，設計成本快速提升至2.22億美元。即使先進制程工藝設計成本大幅下降，相較同一應用時期的上一代先進工藝節點仍存在顯著增加。此外，設計復雜度的提升也將對芯片良率產生影響，間接提高了整體制造成本。而Chiplet方案將大芯片分為多個小芯片，單位面積較小，相對而言良率會有所提升，從而能夠有效降低制造成本。

Chiplet技術重塑半導體產業鏈

傳統由一家芯片設計公司主導的集成電路設計流程，將在chiplet技術的影響下重構為由多個芯片設計公司首先設計小芯片，最終通過先進封裝技術和相關的EDA技術，變成一顆大芯片的設計流程，因此最終將引起集成電路設計行業的變革。相比SoC封裝，Chiplet架構芯片的制作需要多個小芯片，單個小芯片的失效會導致整個芯片的失效，這要求封測公司進行更多數量的測試以減少失效芯片帶來的損失。而且，Chiplet技術本身就是一種封裝理念，對于封裝產業的推動不言而喻。

在集成電路設計和制造環節，我國和世界頂尖水平差距較大，特別是在制造領域最為薄弱，而封測環節是我國集成電路最強的環節。近年來，國內封測龍頭企業通過自主研發和并購重組，在先進封裝領域正逐漸縮小同國際先進企業的技術差距。我國封測企業在集成電路國際市場分工中已有了較強的市場競爭力。根據ittbank數據，2021年全球營收前十大封測廠商排名中，有三家企業位于中國大陸，分別為長電科技、通富微電和華天科技。

長電科技總部副總裁、中國區研發總經理林耀劍在第二屆中國互連技術與產業大會的主題報告中指出，由于受限于高端設備和材料的能力，以Chiplet方式解決邏輯芯片與存儲芯片的封裝集成工藝越來越重要。長電科技早期的2.5D和扇出型技術積累和研發量產經驗，結合國內10多年的完整fcBGA技術和量產經驗，對于后續的深入創新開發和客戶的合作開發有極大幫助。

Chiplet技術為什么需要標準

產業發展，標準先行。Chiplet作為一種互連技術，更加依賴于標準的制訂，而國內Chiplet互連技術標準化的欠缺則成為Chiplet廣泛應用的最大障礙。

據了解，基于Chiplet架構進行芯片設計到目前為止，國際上尚無統一標準，由于該技術的門檻較高，如果自己全部完成設計，需要芯片廠商從芯片整體的架構設計、到其中并行或者串行物理層接口、甚至先進封裝能力全部具備，目前唯一具備這些能力的廠商是intel公司；在我國，目前具備這種整體能力的芯片廠商極少，大多數芯片廠商還是依賴芯片IP廠商提供并行物理層或者串行物理層IP，臺積電提供先進封裝能力（如CoWos等封裝技術），因此首先需要形成完整的、面向Chiplet架構設計芯片的社會分工，但在這方面目前我國的情況還不太理想，如目前只有2-3家IP廠商可以為系統芯片廠商提供高速串行物理層IP，而串行物理層IP在某些場景如C2C（計算die-計算die互連）存在延時較大的弊端，至于高帶寬密度的并行物理層IP則能夠提供的廠商更少，在基于并行物理層設計Chiplet架構的芯片時，由于在極其狹小空間中高速信號的數目太多，因此信號完整性問題引起的挑戰更大；另外一方面，基于Chiplet架構的芯片強烈依賴于先進封裝技術，但我國在先進封裝技術方面如高密度的基板/interposer設計、大尺寸的基板材料、小尺寸bump方面都還比較薄弱，因此短期看，設計Chiplet架構的芯片可能還是需要依賴國外廠商的先進封裝技術，但從長遠發展看有必要提前展開相應的研究工作，面向Chiplet應用場景，研究和開發高性能的串行/并行物理層技術以及相應的先進封裝技術。

在形成圍繞Chiplet設計的廣泛設計分工基礎之上，形成Chiplet標準則更加重要，由于我國絕大多數芯片廠商并不能自行完成基于Chiplet架構的芯片設計和制造閉環，在形成廣泛的設計分工之后，就必須有一個標準，以規定設計分工中的各種部件如各種不同的功能die的規格和各種接口通信約束條件，在每一個設計鏈條節點上推動形成多家技術供應商，形成良性競爭，把整個市場做大，使SOC系統廠商有充分的選擇空間，避免形成商業壟斷，最終阻礙Chiplet技術和生態的發展壯大。

據中國計算機互連技術聯盟CCITA秘書長郝沁汾介紹，早在2020年8月，中科院計算所牽頭成立了中國計算機互連技術聯盟（CCITA），重點圍繞Chiplet小芯片和微電子芯片光I/O成立了2個標準工作組，并于2021年6月在工信部中國電子工業標準化技術協會立項了2項團體標準。小芯片接口標準制定，目前集結了國內產業鏈上下游六十多家單位共同參與研究。

中國電子技術標準化研究院負責人表示，小芯片技術標準體系的建立，有助于行業的規范化、標準化發展，為賦能集成電路產業打破先進制程限制因素，提升中國集成電路產業綜合競爭力，加速產業進程發展提供指導和支持。

Chiplet國內外標準生態共建

隨著Chiplet技術的逐步發展，來自不同廠商的芯粒之間的互連需求持續提升。在2021年6月，由中國計算機互連技術聯盟(CCITA)牽頭，聯合國內數十家家企業和科研院所，在工信部中國電子工業標準化技術協會立項了《小芯片接口總線技術》《微電子芯片光互連接口技術》兩項團體標準。2022年12月，這兩項標準在第二屆中國互連技術與產業大會上正式對外發布，進一步跟蹤前沿IT互連技術，結合我國技術發展和應用現狀，制定和應用計算機系統芯片內、芯片間、系統間互連技術的協議規范和標準?！缎⌒酒涌诳偩€技術要求》 這項標準描述了CPU、GPU、人工智能芯片、網絡處理器和網絡交換芯片等應用場景的小芯片接口總線（Chiplet）技術要求，包括總體概述、接口要求、鏈路層、適配層、物理層和封裝要求等，以靈活應對不同的應用場景、適配不同能力的技術供應商，通過對鏈路層、適配層、物理層的詳細定義，實現在小芯片之間的互連互通，并兼顧了PCIe等現有協議的支持，列出了對封裝方式的要求。小芯片設計不但可以使用國際先進封裝方式，比如CoWoS，也可以充分利用國內封裝技術積累，實現一種或者幾種成本低廉、重點針對 Chiplet芯片架構、可以覆蓋 80%以上應用場景的先進封裝手段。

與此同時，2022年3月份由Intel、AMD、ARM、高通、三星、臺積電、日月光、Google Cloud、Meta 和微軟等公司聯合發起成立了UCIe，即Universal Chiplet Interconnect Express，其主要目的是統一Chiplet（芯粒）之間的互連接口標準。UCIe，通用芯粒高速互連標準，能夠通過高帶寬、低延遲的互連協議，提供芯片之間的高效互連和無縫互操作，以滿足云、網、邊、端等各類設備對算力、存儲和異構互連不斷增長的需求。同時，UCIe在對芯片功耗和成本進行充分優化的基礎上，還提供了多種的封裝技術。

無論是國內主導建立的CCTIA，還是國外廠商牽頭發起的UCIe，其目的都是打造更全面、更開放的Chiplet生態系統。中國計算機互連技術聯盟（CCITA）秘書長，中國小芯片標準的主要發起人和起草人郝沁汾，在談到中國發布的小芯片相關技術標準時指出：中國的小芯片標準是開放的，從標準的協議到參考實現都是開放的，實現參考設計所需的技術細節，我們都可以在標準協議中找得到。我們將圍繞這樣一套原生的技術標準，進一步完善標準內容，開發相應的參考設計，并孵化相應的企業，以推動我國集成電路行業圍繞Chiplet技術形成更加廣泛的社會分工。同時CCITA已經在考慮和Intel UCIe在物理層上兼容，以降低IP廠商支持多種chiplet標準的成本。

(圖為：中科院計算所研究員/博導，國科大教授，中科院計算所互連技術實驗室主任，2022年國家重點研發計劃首席科學家，中國計算機互連技術聯盟（CCITA）秘書長，無錫芯光互連技術研究院院長、無錫芯光集成電路互連技術產業服務中心主任郝沁汾)

CCITA落地無錫推動Chiplet技術開發與應用

隨著Chiplet小芯片技術的發展以及國產化替代進程的加速，在先進制程受到國外限制情況下，Chiplet為國產替代開辟了新思路，也將極大程度地推動我國集成電路產業的發展。無錫，作為中國集成電路制造和封測產業的一線城市，2021年無錫集成電路產業營收超1700億元，同比增幅27%，5年年均增速達到17.5%，產業規模僅次于上海，位居全國第二、江蘇第一。

2022年1月，作為小芯片技術標準的牽頭與發起單位，中國計算機互連技術聯盟CCITA凝聚國內80余家聯盟會員單位資源，在無錫市政府和CCITA的共同努力下，無錫芯光集成電路互連技術產業服務中心正式揭牌，并作為CCITA唯一官方運營單位落地無錫，同時成立了無錫芯光互連技術研究院以推動圍繞標準展開后摩爾時代的技術與產業推動，這對無錫乃至全國集成電路產業發展具有里程碑意義。

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