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、EDA Tools、制造工藝、先進封測等各個產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)顛覆式的改變。

曾發(fā)起成立臺積電后段封測部門的蔣尚義，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”撼動力“一點不小”

2017年美國國防部先進計劃署（DARPA）推動的電子產(chǎn)業(yè)振興計劃（ERI）針對后摩爾定律（Post-Moore‘s-law）時代新材料、架構(gòu)與設(shè)計流程，其中一個課題就是小芯片（Chiplet）。這也讓小芯片的撼動力與影響力正式浮現(xiàn)在世人眼前，備受關(guān)注。

在美國早期的Chiplet項目中，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。

簡單來說，Chiplet小芯片，從系統(tǒng)端出發(fā)，先將復(fù)雜功能進行分解，然后開發(fā)出多種具有單一特定功能，可相互進行模塊化組裝的“小芯片”（Chiplet），如實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、計算、信號處理、數(shù)據(jù)流管理等功能，并最終以此為基礎(chǔ)，建立一個“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CPU芯片和幾個GPU，這些GPU都連接到這個Chiplet芯片上，形成芯片網(wǎng)絡(luò)）。

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

這與傳統(tǒng)IC制造流程不同的是，集成者不僅是購買IP，而是采購滿足整體芯片架構(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)計平臺的完整與IP保護？以及后段封裝測試等環(huán)節(jié)，皆需緊密配合到位。

而這個理念與實踐做法，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)遠遠超過電路板100萬倍以上，盡管10年前，硅片技術(shù)造就的芯片密度也好過電路板有10萬倍。

也就是說，當(dāng)一昧推進摩爾定律朝向物理極限發(fā)展，到達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而已。

通過先進封裝，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，通過一個界面標(biāo)準(zhǔn)以較低的功耗與功率進行芯片單元間的傳輸溝通，形成一個系統(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。

蔣尚義對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，需要小芯片有機會重新制定一個更加嚴(yán)謹?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爭力之源，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)雜度遠超過行業(yè)內(nèi)的想象。

蔣尚義指出，美國DARPA推動的電子產(chǎn)業(yè)振興計劃（ERI）推動小芯片，開始啟動主導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)，也建議國內(nèi)建立本土一套自己的標(biāo)準(zhǔn)，促進中國實現(xiàn)自己的標(biāo)準(zhǔn)，也是他現(xiàn)在正樂意推動的事。

武漢弘芯愿扮推手 推動Chiplet制定國內(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地廣，從A2D、D2A等能將不同芯片利用先進封裝整合到一起，他自十年前就看到摩爾定律將逼近物理極限，看準(zhǔn)先進封裝將會是“解方”之一。他當(dāng)時向當(dāng)時臺積電董事長張忠謀建議發(fā)展先進封裝，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)時向張忠謀提案，發(fā)展先進封裝說未來先進封測，張忠謀考慮僅一個小時，慨然答應(yīng)，承諾增加400名研發(fā)團隊成員，投資了1億美元，“張大帥聽了我報告后，僅用了一個小時考慮，決策還是非常果決！”蔣尚義對DIGITIMES回憶道。

經(jīng)過一年研發(fā)投入，當(dāng)時臺積電自研先進封裝的量仍相當(dāng)少，客戶接受度也不并不很高，蔣尚義說當(dāng)時險些“成了一個笑話”，于是他親自拜訪客戶尋找問題點所在。

一位客戶告訴他，如果臺積電能做到芯片在一平方厘米內(nèi)售價1美分以下甚至價錢更低就可以接受，原來當(dāng)時臺積電做出的成本是7美分，已超過客戶售價，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，但要價錢更低，即便性能維持不變，客戶也才會想要！”

如今，臺積電的先進封裝從CoWos發(fā)力已走到InFo再到SoIC，臺積電封裝芯片歷經(jīng)十年余，已成為年營收上30億美元的大生意。

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

Chiplet帶動的行業(yè)變革

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

從武漢弘芯蔣尚義的分析之中，他認為，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，出片時間長達4-5個月，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4億顆芯片以上才有可能回收高昂的設(shè)計成本。放眼除了，智能手機芯片此一巨量市場，并非所有芯片玩家都能進入門檻。

反觀IoT市場百花齊放，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。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與存儲器等芯片架構(gòu)的問題，這就足以走向Design-Lite輕簡化。

一家公司可節(jié)省30名人力，不需要等待4-5個月繁復(fù)的制造過程，通過先進封裝，很可能一周至一個月就能交付，節(jié)省設(shè)計時間資源成本，加快了交期與芯片進入市場的時間，簡單直白“Time is Money”。

芯聯(lián)芯首席運營官(COO)石克強則也認為，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都需要確認良品率也就是KGD(Known Good Die)，因為只要有任何一個Die有瑕疵整個系統(tǒng)等同于報廢，損失將非常巨大。芯聯(lián)芯首席執(zhí)行官(CEO)何薇玲也強調(diào)，所謂的“GIGO”規(guī)則，就是“Garbage in, Garbage out”千萬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，同時確保IP智財沒有專利侵權(quán)問題，確保擁有完整的IP保護，否則后果不堪設(shè)想，產(chǎn)品能否順利問世將打問號。

芯聯(lián)芯目前擁有MIPS架構(gòu)全球銷售權(quán)、中國與港澳地區(qū)獨家經(jīng)營權(quán)，從IP的觀點切入，何薇玲對DIGITIMES表示，成熟CPU架構(gòu)正是Chiplet的核心，能讓系統(tǒng)運作得更穩(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的關(guān)鍵。

她說“天下沒有免費的餐，免費的往往才是最貴的”在IP領(lǐng)域，現(xiàn)在各界都在談“開源”，尤其中國市場“開源的春天來了”，但是，開源并不見得全然是免費，只是從營運模式與收費模式上形式有所不同，而這更需要生態(tài)共同的認可與攜手推進。目前芯聯(lián)芯落地是100%中資，以市場領(lǐng)先的價格優(yōu)勢，持續(xù)推進新、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)芯期待一波絕佳機會的到來。