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2022年半导体封装行业专题研究Chiplet：芯片异构在制造层面的效率优化实际上，Chiplet最初的概念原型出自GordonMoore1965年的论文《Crammingmorecomponentsontointegratedcircuits》；GordonMoore在本文中不仅提出了著名的摩尔定律，同时也指出“用较小的功能构建大型系统更为经济，这些功能是单独封装和相互连接的”。2015年，Marvell周秀文博士在ISSCC会议上提出MoChi（ModularChip，模块化芯片）概念，为Chiplet的出现埋下伏笔。我们认为，现代信息技术产业的发展不是探索未知的过程，而是需求驱动技术升级，Chiplet技术的出现是产业链在生产效率优化需求下的必然选择。Chiplet的基础：异构与高速互联共同塑造的里程碑计算机能够根据一系列指令指示并且自动执行任意算术或逻辑操作串行的设备。日常生活中，我们所使用的任何电子系统都可以看作一个计算机，如：电脑、手机、平板乃至微波炉、遥控器等都包含了计算机系统作为核心控制设备。Chiplet出现离不开两个大的趋势：1）计算机系统的异构、集成程度越来越高为了便于理解产业界为何一定要选择Chiplet，本报告从计算机体系结构的角度出发，本报告将首先理清计算机体系结构的一个重要发展思路——异构计算。如同现代经济系统一样，现代经济系统为了追求更高的产出效率，产生了极为庞大且复杂的产业分工体系，计算机系统的再分工就是异构计算。GPU、DPU的出现就是为了弥补CPU在图形计算、数据处理等方面的不足，让CPU能够专注于逻辑的判断与执行，这就是计算机系统（System）。精细化的分工也使得整个体系变得庞大，小型计算设备中只能将不同的芯片集成到一颗芯片上，组成了SoC（SystemonChip）。伴随着计算机在人类现代生活中承担越来越多的处理工作，计算机体系结构的异构趋势会愈发明显，需要的芯片面积也会越来越大，同时也需要如电源管理IC等芯片与逻辑芯片异质集成，而SoC作为一颗单独的芯片，其面积和加工方式却是受限的，所以SoC并不是异构的终极解决方案。2）芯片间的数据通路带宽、延迟问题得到了产业界的解决芯片的工作是执行指令，处理数据，芯片间的互联需要巨大的带宽和超低的延时。既然单颗芯片的面积不能无限增加，将一颗芯片拆解为多颗芯片，分开制造再封装到一起是一个很自然的想法。芯片间的互联需要构建强大的数据通路，即超高的频率、超大的带宽、超低的延时，以台积电CoWoS技术为代表的先进封装技术也使之得到了解决。2022年3月，Apple发布了M1Ultra芯片，其采用了UltraFusion封装架构，通过两枚M1Max晶粒的内部互连。架构上，M1Ultra采用了20核中央处理器，由16个高性能核心和4个高能效核心组成。与市面上功耗范围相近的16核CPU芯片相比，M1Ultra的性能高出90%。两颗M1Max的高速互联是苹果芯片实现领先的关键，苹果的UltraFusion架构利用硅中介层来连接多枚芯片，可同时传输超过10,000个信号，从而实现高达2.5TB/s低延迟处理器互联带宽。AMD为缓解“存储墙”问题，在其Zen3架构的锐龙75800X3D台式处理器率先采用3D堆叠L3高速缓存，使CPU可访问高达96MBL3级高速缓存，大幅提升芯片运算效率。3）异构集成+高速互联塑造了Chiplet这一芯片届的里程碑综上，Chiplet本身并非技术突破，而是多项技术迭代进步所共同塑造的里程碑，芯片龙头企业仍拥有话语权；因此，Chiplet技术短期内并不会给行业带来太多直接的影响和变化，但长期来看必将改变全球集成电路行业生态。同时，由于Chiplet在设计、制造、封装等多个环节具备成熟的技术支撑，其推进也将十分迅速。Chiplet的需求：设计、生产环节的效率优化技术服务于需求，Chiplet的出现，缓解了算力对晶体管数量的依赖与晶圆制造端瓶颈的矛盾。如前文所言，导致Chiplet技术出现的需求决定了它对行业产生的影响大小。随着现代数据处理任务对算力需求的不断提高，本质上，算力提升的核心是晶体管数量的增加。作为Intel的创始人之一，GordonMoore在最初的模型中就指明，无论是从技术的角度还是成本的角度来看，单一芯片上的晶体管数量不能无限增加；因此，业内在致力于提升晶体管密度的同时，也在尝试其他软硬件方式来提高芯片运行效率，如：异构计算、分布式运算等等。Chiplet是异构计算的延申，主要解决了芯片制造层面的效率问题。随着制程缩进，芯片制造方面出现了两个大的瓶颈：1）28nm以后，高制程芯片的晶体管性价比不再提升；2）芯片设计费用大幅增长，先进制程芯片设计的沉没成本高到不可接受。关于Chiplet如何提高设计、生产环节的效率，以及对