國(guó)產(chǎn)Chiplet，是時(shí)候歡呼了嗎？

半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，半導(dǎo)體技術(shù)一直默默支撐著科技變革的潮流?？梢哉f(shuō)，半導(dǎo)體性能、能耗和成本的不斷優(yōu)化，使一個(gè)個(gè)智能產(chǎn)品得以成為現(xiàn)實(shí)，同時(shí)，全球半導(dǎo)體也形成了當(dāng)前較為穩(wěn)固的分工模式和產(chǎn)業(yè)格局。

不過(guò)，行路至此，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正處于大變局中：一方面，摩爾定律在不斷逼近極限；另一方面，地緣政治裹挾下的全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，原有的分工合作面臨著不確定性。此外，疊加疫情、全球通脹等所有動(dòng)蕩因素，一個(gè)巨大的問(wèn)號(hào)浮現(xiàn)——全球半導(dǎo)體長(zhǎng)期穩(wěn)定的合作，何以為繼？

行業(yè)在尋求共同的樂(lè)觀？

近日，美國(guó)政府最終通過(guò)了《2022年芯片和科學(xué)法案》，同時(shí)提議與韓國(guó)、日本和中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)組建“芯片四方聯(lián)盟”（Chip4），“以競(jìng)爭(zhēng)之名，行遏制之實(shí)”的意圖基本坐實(shí)。

不過(guò)，也未必所有的事情都那么悲觀。

就在本月初，UCIe（通用芯粒高速互連）聯(lián)盟官宣：新增阿里巴巴和英偉達(dá)兩家董事會(huì)成員。截至目前，UCIe聯(lián)盟已經(jīng)吸納了12家行業(yè)巨頭，值得一提的是，阿里巴巴是首個(gè)來(lái)自中國(guó)大陸的董事會(huì)成員。

關(guān)于UCIe的背景這里多說(shuō)幾句：

幾十年來(lái)，半導(dǎo)體行業(yè)一直按照摩爾定律的規(guī)律發(fā)展著，芯片制造商憑借工藝技術(shù)的迭代，每18個(gè)月使芯片性能提升一倍。但隨著近年來(lái)先進(jìn)工藝逐步演進(jìn)到3nm、2nm，用提升晶體管密度來(lái)提高性能的做法遇到了瓶頸，摩爾定律開始放緩甚至停滯。業(yè)界開始思考將不同工藝的模塊化芯片，像拼接樂(lè)高積木一樣用封裝技術(shù)整合在一起，在提升性能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)低成本和高良率，這就是Chiplet的思路。

為了定義封裝內(nèi)芯粒（Chiplet）之間的互連，實(shí)現(xiàn)封裝層級(jí)的開放芯粒生態(tài)系統(tǒng)和普遍的互連標(biāo)準(zhǔn)，最初，英特爾基于開放的高級(jí)接口總線（AIB）工作基礎(chǔ)，開發(fā)了UCIe標(biāo)準(zhǔn)，并將其作為一個(gè)開放規(guī)范，捐贈(zèng)給聯(lián)盟的創(chuàng)始成員。

UCIe聯(lián)盟正式成立于2022年3月，旨在構(gòu)建芯粒（chiplet）技術(shù)在芯片上的互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，初始董事會(huì)成員共有10位，包括英特爾、AMD、高通、臺(tái)積電、三星、Arm、微軟等。這些成員覆蓋芯片代工廠、IP供應(yīng)商、芯片設(shè)計(jì)、云廠商等等，基本都是科技行業(yè)各自領(lǐng)域的頂級(jí)玩家，初始就具備了一個(gè)小型生態(tài)的閉環(huán)。

和常規(guī)的公司架構(gòu)一樣，董事會(huì)是UCIe聯(lián)盟的最高管理層，可以決定聯(lián)盟的決策及領(lǐng)導(dǎo)作用。那么，阿里巴巴加入該聯(lián)盟董事會(huì)，意味著什么？當(dāng)全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)陷入地緣政治所帶來(lái)的紛亂時(shí)，我們當(dāng)然希望UCIe能推動(dòng)開放合作，那么，它究竟能否成為全球半導(dǎo)體關(guān)系的“粘合劑”？進(jìn)而再說(shuō)一步，它能否成為改變半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)未來(lái)合作走向的關(guān)鍵一步？

Chiplet生態(tài)，開放是關(guān)鍵

未來(lái)的芯片很可能就是“你中有我，我中有你”的狀態(tài)，不同工藝的、不同供應(yīng)商的芯粒被連接在一起，再封裝成一顆大的芯片，從而實(shí)現(xiàn)性能、成本的最佳化。在這一方案中，芯粒之間的高速通信非常重要，這也就有了上文提到的UCIe聯(lián)盟的成立背景。英特爾稱，與封裝外的SerDes相比，該規(guī)范以1/20的功耗提供了20倍的I/O性能。

對(duì)于Chiplet生態(tài)，充分的開放性非常重要。

要實(shí)現(xiàn)更大范圍的應(yīng)用，需要混合來(lái)自多家芯片廠商或多個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)的裸片，可能會(huì)涉及到多家各種功能芯片的設(shè)計(jì)、互連、接口，如何界定這些裸片的互聯(lián)協(xié)議和接口標(biāo)準(zhǔn)?

在UCIe聯(lián)盟建立之前，行業(yè)并沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)范，眾多的芯片廠商此前都在發(fā)展自己的互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，如Marvell在推出模塊化芯片架構(gòu)時(shí)采用的Kandou總線接口;英偉達(dá)用于GPU高速互聯(lián)的NVlink；英特爾的AIB高級(jí)接口總線協(xié)議;臺(tái)積電和Arm合作推出的LIPINCON協(xié)議；AMD也有Infinity Fabrie總線互聯(lián)技術(shù)，以及用于存儲(chǔ)芯片堆疊互聯(lián)的HBM接口等等……但是，沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)范，Chiplet生態(tài)很難壯大。

業(yè)界對(duì)Chiplet最早產(chǎn)生需求、或者說(shuō)獲益最大的領(lǐng)域，始于HPC/數(shù)據(jù)中心，雖然現(xiàn)在還不到討論Chiplet“大規(guī)模普及”的時(shí)候，但是從半導(dǎo)體一直以來(lái)的規(guī)模效應(yīng)來(lái)看，未來(lái)“應(yīng)用數(shù)量”一定是Chiplet走向普及的必經(jīng)之路。而“數(shù)量”往往來(lái)自于更多的產(chǎn)品應(yīng)用，特別是主流消費(fèi)產(chǎn)品，如果Chiplet方案從成本、功耗以及外形尺寸都能滿足需求的話，業(yè)界自然會(huì)轉(zhuǎn)向這一方案。

這也意味著，方案的多樣性、可選擇性就會(huì)成為必然趨勢(shì)，所涉及到內(nèi)部芯粒的類型和數(shù)量可能會(huì)更多，一種通用的、可預(yù)測(cè)的互連方式就更加會(huì)成為必然。從以上這些層面來(lái)看，UCIe聯(lián)盟的“納新”也就容易理解了。

新增成員為什么是英偉達(dá)和阿里巴巴？

英偉達(dá)和阿里巴巴的加入，使得UCIe增加了一個(gè)在GPU和AI領(lǐng)域的大型軟硬件方案供應(yīng)商，以及一個(gè)從底層軟硬件到云服務(wù)、生態(tài)系統(tǒng)完善的大型云廠商。

英偉達(dá)在今年春季GTC上推出了Grace CPU 超級(jí)芯片，就是采用了兩個(gè) CPU 組成、通過(guò)NVLink-C2C互連的設(shè)計(jì)方案。

當(dāng)時(shí)，筆者曾就英偉達(dá)對(duì)互連技術(shù)的路線、規(guī)劃，以及對(duì)UCIe的態(tài)度詢問(wèn)了黃仁勛的看法。黃仁勛表示，他第一喜歡PCIe，英偉達(dá)非常依賴于PCIe，可以說(shuō)沒(méi)有PCIe就沒(méi)有英偉達(dá)，未來(lái)還是會(huì)盡可能多地使用PCIe；第二喜歡UCIe，就像PCIe一樣，它更節(jié)能、速度更快，之后會(huì)逐漸體現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，他預(yù)測(cè)，五年內(nèi)這些好處會(huì)逐漸顯現(xiàn)。他同時(shí)也肯定了英偉達(dá)自己的NVlink互連技術(shù)，稱其優(yōu)勢(shì)在于直連能力。而UCIe不能直接接入芯片，它仍然是一個(gè)外設(shè)接口。

這一解答已經(jīng)表明了英偉達(dá)放眼整個(gè)生態(tài)的異構(gòu)集成布局。

還有，為什么是阿里巴巴？這其實(shí)涉及到中國(guó)云廠商在Chiplet領(lǐng)域的能力和未來(lái)的進(jìn)一步發(fā)展。

首批加入U(xiǎn)CIe聯(lián)盟的云廠商，包括Google云、Meta、微軟，與上游的IP、芯片設(shè)計(jì)或晶圓制造廠商不同，他們擁有龐大的用戶群，可以將聯(lián)盟中獲得的進(jìn)展提供給用戶，同時(shí)能夠得到用戶的反饋，從而得到反復(fù)的驗(yàn)證和優(yōu)化。

阿里巴巴的加入其實(shí)并不意外，放眼全球市場(chǎng)，阿里云都占有一席之地；其次，阿里重視自研芯片，較早就開始了數(shù)據(jù)中心芯片的定制工作，也是積極的Chiplet技術(shù)使用者；再次，阿里云從2017年開始投入建設(shè)的震旦異構(gòu)計(jì)算開放平臺(tái)（HALO/ODLA），因其可裁剪可擴(kuò)展的輕量級(jí)接口、極簡(jiǎn)的內(nèi)存足跡和內(nèi)稟的異構(gòu)并行支持，被認(rèn)為適宜作為Chiplet加速系統(tǒng)的軟硬協(xié)同計(jì)算平臺(tái)；最后，阿里巴巴龐大的商業(yè)生態(tài)系統(tǒng)有很大影響力，包括芯片、云服務(wù)等領(lǐng)域的相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)。

UCIe是否利好國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體？

美國(guó)簽署芯片法案前后，國(guó)內(nèi)A股Chiplet概念股連續(xù)大漲。

Chiplet有助于提高制造良率、降低設(shè)計(jì)難度和制造成本，在國(guó)際大背景和我國(guó)現(xiàn)有工藝水平的基礎(chǔ)上，被認(rèn)為是一種可行的技術(shù)途徑：

首先，芯片的良品率方面，隨著芯片面積增大，良品率會(huì)下降，而通過(guò)Chiplet設(shè)計(jì)將大芯片分成更小的芯片可以有效改善良率，同時(shí)也能夠降低因?yàn)椴涣悸识鴮?dǎo)致的成本增加；其次，在芯片設(shè)計(jì)階段，如果將大規(guī)模SoC按照不同功能模塊分解為一個(gè)個(gè)芯粒，那么部分芯?？梢宰龅筋愃颇K化的設(shè)計(jì)，而且可以在不同的芯片產(chǎn)品中復(fù)用，不僅可以降低芯片的設(shè)計(jì)難度和設(shè)計(jì)成本，同時(shí)也有利于后續(xù)產(chǎn)品的迭代，加速產(chǎn)品的上市周期。

華為原輪值董事長(zhǎng)郭平就曾在2021年年報(bào)發(fā)布會(huì)上提及，在先進(jìn)工藝不可獲得、單點(diǎn)技術(shù)遇到困難的情況下，華為在積極尋找系統(tǒng)的突破。華為常務(wù)董事汪濤后來(lái)也進(jìn)一步明確，華為已經(jīng)在2019年申請(qǐng)了基于芯片3D堆疊、3D封裝或稱之為chiplet技術(shù)方面的專利，來(lái)實(shí)現(xiàn)在制程相對(duì)可能不是那么領(lǐng)先的情況下做出領(lǐng)先的芯片或者系統(tǒng)。

阿里巴巴以董事會(huì)成員的身份加入U(xiǎn)CIe，無(wú)疑提振了國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體的士氣。但事實(shí)上，在此之前，我國(guó)大陸地區(qū)已經(jīng)有一批廠商加入了UCIe聯(lián)盟，比如：半導(dǎo)體IP供應(yīng)商芯原、先進(jìn)工藝定制芯片設(shè)計(jì)和一站式解決方案提供商芯云凌、Chiplet產(chǎn)品及服務(wù)提供商奇異摩爾、先進(jìn)工藝IP企業(yè)芯耀輝、高性能通用CPU初創(chuàng)企業(yè)超摩科技等等，這些企業(yè)無(wú)一不是看好Chiplet生態(tài)、以及推進(jìn)與國(guó)際大廠兼容且匹配國(guó)產(chǎn)定制需求的Chiplet方案的發(fā)展前景。

國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體該為UCIe歡呼嗎？

對(duì)于UCIe的出現(xiàn)和中國(guó)大陸廠商的加入，或許可以從以下幾方面來(lái)看待：

首先，UCIe確實(shí)代表了Chiplet更進(jìn)一步的發(fā)展需求和成果，是產(chǎn)業(yè)邁向成熟的標(biāo)志；其次，標(biāo)準(zhǔn)體系涉及到產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)間的協(xié)調(diào)，需要設(shè)計(jì)、制造和封測(cè)企業(yè)高度配合，我國(guó)大陸地區(qū)廠商在這方面的基礎(chǔ)還較為薄弱，仍需要繼續(xù)提升；第三，如何在巨頭林立的聯(lián)盟成員中，提升參與感，有可能是一些中小企業(yè)會(huì)面臨的挑戰(zhàn)；第四，我們當(dāng)然希望這是行業(yè)玩家之間單純的開放合作，以及共同迎接挑戰(zhàn)的決心，但是，仍要做好抗沖擊的準(zhǔn)備。

未來(lái)，不論是技術(shù)路線本身，還是產(chǎn)業(yè)外部大環(huán)境所致，還有太多的變量需要消耗。這些挑戰(zhàn)要么是前所未有的，要么是從未如此嚴(yán)峻地顯現(xiàn)出來(lái)。

在國(guó)內(nèi)Chiplet相關(guān)企業(yè)紛紛涌入賽道的同時(shí)，互連接口、架構(gòu)設(shè)計(jì)和制造及先進(jìn)封裝等方面都有新興技術(shù)出現(xiàn)。Chiplet技術(shù)不但將改變傳統(tǒng)SoC的設(shè)計(jì)方式，其產(chǎn)業(yè)鏈的成型將更需要EDA、IC設(shè)計(jì)、制造工藝、先進(jìn)封測(cè)等產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)更為緊密地凝聚，也可能帶來(lái)一場(chǎng)從底層開始的、顛覆式的創(chuàng)新革命。

作為延續(xù)摩爾定律的關(guān)鍵，Chiplet的發(fā)展為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了新的發(fā)展契機(jī)，但轉(zhuǎn)向2.5D、3D也提高了芯片設(shè)計(jì)和制造的復(fù)雜度，需要更為完善、開放的產(chǎn)業(yè)生態(tài)為支撐。這一次，中國(guó)半導(dǎo)體需要更全面、根基更牢固的準(zhǔn)備。