集微网消息,12月22日,在中国集成电路设计业2021年会暨无锡集成电路产业创新发展高峰论坛(ICCAD 2021)上,芯原股份创始人、董事长兼总裁戴伟民发表了以《Chiplet的产业化之路》为主题的演讲。
近年来,随着半导体行业的加速发展,产业所面临的几大瓶颈也慢慢凸显,亟待解决:一方面,摩尔定律难以为继,先进制程芯片的设计成本、复杂度大幅提升;另一方面,市场需求更加多样化,创新周期缩短,应用端对定制芯片的需求不断提升。
戴伟民以苹果产品为例,其手机芯片内晶体管数量随特征线宽的减小而大幅提升,性能不断升级,但特征线宽的下降也带来性能增长率的下降,这是由于互联延迟对设计的影响越来越大,CPU、FPGA、网络芯片尺寸的不断增长也会带来性能下降。
在此背景下,Chiplet以更短的互联长度以及新的芯片架构,逐渐被视为突破上述瓶颈的关键,成为半导体行业下一片蓝海。Omdia预测,Chiplet处理器芯片全球市场规模将从2018年的6.45亿美元,到2024年增长至58亿美元,到2035年增至570亿美元。
据戴伟民介绍,更小的裸片带来更高的硅利用率和更高的产量,与单片集成的芯片相比,由两个、三个、四个Chiplet组成的芯片,在相同尺寸下,晶圆良率显著提高,且Chiplet对于几乎没有冗余的大芯片来说最具成本效益。
“器件将从‘可以在一个硅片上集成,器件数量将以指数方式增长’转变为‘以多种方式集成,系统空间内的功能密度将持续增长’。”戴伟民引用《基于SiP技术的微系统》的话进一步指出,“芯粒 (Chiplet) 将延续摩尔定律。”
戴伟民提出,Chiplet将带来的“新四化”:IP芯片化,即Chiplet是硅片级别的IP重用;集成异构化,即将多个基于不同工艺节点、单独制造的小芯片封装到一颗芯片中;集成异质化,即将基于Si、GaN、SiC、InP等材料的小芯片通过异质集成技术封装到一起;IO增量化,即水平互联 (RDL) 和垂直互联 (TSV) 的增量化。
从IP芯片化的角度来看,Chiplet无疑也给各大IP厂商带来了新的机遇和挑战。众多厂商中,成立于2001年的芯原股份,是一家依托自主半导体IP,为客户提供平台化、全方位、一站式芯片定制服务和半导体IP授权服务的企业。
凭借丰富的IP储备,当前芯原是中国大陆第一、全球第七的半导体IP供应商,增长率在前七中排名第二,IP种类在前七中排名前二,包括神经网络NPU、图形GPU、视频VPU、音频/语音DSP、图像信号ISP、显示处理IP、压缩/加密、计算GPGPU。
针对Chiplet技术,芯原提出了IP as a Chiplet (IaaC) 理念,即IP芯片化,旨在以Chiplet实现特殊功能IP的“即插即用”,解决7nm、5nm及以下工艺中,性能与成本的平衡,并降低较大规模芯片的设计时间和风险,从SoC中的IP到SiP中以Chiplet形式呈现的IP。
另一理念则是Chiplet as a Service,即芯片平台化。在一站式芯片定制服务方面,芯原目前每年流片量达到30-50颗芯片,出货10,000片14nm FinFET晶圆,近30,000片10nm FinFET晶圆,全球首批 7nm EUV 2018年流片一次成功,目前设计能力已扩展到5nm,是中国半导体设计能力增强其竞争力的一个关键指标。
戴伟民进一步表示,未来三大领域将对Chiplet提出更多的需求,包括laptop高端处理器、自动驾驶以及数据中心,目前已有客户提出了数据中心的需求。“有了这三个标的,就可以解决‘鸡和蛋’的问题。芯原股份可能会是中国大陆第一批推出相关产品的企业之一。”
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