中国移动“芯粒”提案获选中国科协发布的重要产业技术问题_中国移动芯片制造商

近日，在第二十五届中国科协年会上，中国科协发布“2023重大科学问题、工程技术难题和产业技术问题”。中国移动提案《如何发挥我国信息通信产业优势，快速实现芯粒（Chiplet）技术和产业突破》，经过117位院士专家严格把关，成为中国科协发布的“10个对产业发展具有引领作用的产业技术问题”之一。

为什么要发展Chiplet？

随着摩尔定律逐渐接近物理极限，单纯依靠工艺升级获得芯片性能提升和成本下降的路线已经露出疲态。而芯粒技术将芯片按功能单元分解成多个小芯粒，分别用最适合的材料和工艺制造，再通过先进封装形成完整芯片，可以提高性能、降低成本、缩短上市周期，被产业界公认为“后摩尔时代”半导体技术发展的重要方向。

中国移动自2021年起开展Chiplet技术研究，依托“信息通信芯片产业链创新中心”，协同合作伙伴发布了《Chiplet白皮书》。2022年联合清华大学和南京邮电大学承担国家自然科学基金“面向通感一体的可重构计算Chiplet关键技术研究”，积极探索下一代通信和算力领域核心芯片关键技术。2023年中国移动科技周期间举办“Chiplet芯片技术”分论坛，携手合作伙伴共同研讨Chiplet技术发展前景、关键问题和技术挑战，推进Chiplet产业发展。

相比于普通芯片，Chiplet技术具有哪些优势？

传统的SoC芯片是将具有不同功能单元的完整系统集成在单个芯片中，统一制造、统一封装，形成高度集成系统，其信息传递效率更高、体积更小，缺点在于其设计开发的周期更长，技术要求更复杂，开发成本更高。Chiplet技术是将芯片按照功能单元分解成多个小芯粒，每个芯粒选择最适合的工艺制造，再通过先进封装技术实现芯粒间高速互联，形成系统级芯片，具有多种优势。

一是可降低芯片成本，通过将芯片中不同功能模块拆分成几个关键的芯粒，每颗芯粒能够在产品中复用，平衡研发成本；二是可提升芯片集成规模，Chiplet技术将多颗芯粒统一封装集成，可以突破单芯片的面积限制，形成高集成芯片系统；三是可提升设计效率，Chiplet技术通常集成成熟的芯粒裸片，并对芯片上部分芯粒进行选择性迭代，即可制作出下一代产品，设计灵活性高、研发风险低、上市周期短。

发展Chiplet涉及哪些核心技术？有哪些新突破？

Chiplet的发展核心是先进封装技术，主要涉及2.5D封装和3D封装。2.5D封装是指将多个芯粒通过中介层在水平方向上进行封装，相比于直接在基板上互连，硅中介层上的连接更短，从而减少了信号传输的延迟和功耗，已广泛应用于CPU、GPU、FPGA、ASIC等芯片。

3D封装是指通过硅通孔将多个芯粒在垂直方向上进行封装，进一步缩短芯粒的传输路径，提升芯片的集成规模，但受制于硅通孔的工艺难度，目前主要应用于存储芯片。当前台积电、英特尔、三星等公司主导先进封装领域，台积电拥有CoWoS/InFO、英特尔拥有EMIB、Fovores 3D等，Chiplet使用的先进封装多种多样，且新的封装形式和结构还在不断演进。

目前，全球芯片产业针对芯粒技术目前已进行了哪些布局？未来产业规模是否还将进一步发展？

Chiplet尚处于大规模应用的初期阶段，国内外芯片厂商正在积极布局核心技术、产品应用和产业生态。

核心技术方面，目前全球先进封装技术主要由台积电、英特尔、三星等公司主导，国内以通富微电、长电科技和华天科技为代表的封测企业在Chiplet领域已实现技术布局，进入稳定量产阶段。

产品应用方面，多细分领域出现Chiplet产品并实现规模化应用。国外芯片厂商在主流产品上均采用Chiplet方案实现性能升级，在存储器领域，2015年SK海力士推出了高带宽存储器HBM；在CPU领域，2017年AMD推出了高性能处理器霄龙系列；在GPU/AI加速卡领域，2022年英伟达推出了算力加速卡A100；在ASIC领域，英特尔推出了以太网交换芯片Tofino2；在FPGA领域，2019年英特尔推出了Altera Stratix 10。国内算力芯片厂商也在快速跟进，在GPU/AI加速卡领域出现了基于Chiplet方案的高性能产品。

产业生态方面，技术联盟先后成立，推动标准制定和生态建设。2022年3月，英特尔、AMD、ARM等十家公司联合成立通用芯粒互连产业联盟（UCIe），主导国际Chiplet标准与生态建设，目前已发布UCIe 1.0芯粒互联标准。2020年8月，中科院计算所联合国内芯片厂商成立中国计算机互连技术联盟（CCITA），2022年12月正式发布了国内首个Chiplet技术标准《小芯片接口总线技术要求》。

据研究机构Omdia的数据预计，到2024年，Chiplet的市场规模将达到58亿美元，是2018年6.45亿美元规模的9倍；到2035年，市场规模将进一步扩大到570亿美元（约合人民币4170亿元）以上。全球芯片巨头正在加码布局Chiplet先进封装，目前仍局限于企业内部独立研发和应用，且聚焦于一些高端产品。随着Chiplet技术不断成熟，可以预见将有更多的芯粒提供商、芯片设计公司、EDA企业和封测制造企业涌入赛道，促进整个芯片生态系统的升级和发展。

Chiplet发展能为国内半导体产业带来哪些机遇？

Chiplet技术为国内IP公司开启了硅片级IP复用的新模式和增长空间，极大推动国内先进封装技术与产业的发展，同时为国内EDA厂商研发专用EDA工具提供了新的机会，将成为中国半导体产业发展的新动能。

Chiplet产业化为半导体产业链带来新的发展机遇，也将成为推动5G通信、算力网络、AI能力等先进技术发展的重要引擎。

目前，国内信息通信等相关产业已实现跨越式发展，形成了广泛的应用场景、完善的产业生态和充足的人才储备。中国移动提出的Chiplet发展方案将进一步发挥我国信息通信产业的优势，打造Chiplet中国方案，快速实现Chiplet技术和产业突破，在集成电路领域实现高速发展。