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Objective Analysis 的 Jim Handy 和 Palo Alto Electron 的 Jawad Nasrullah 在上周的 Chiplet 峰會上發(fā)表了預(yù)測，闡述了 Chiplet 市場的發(fā)展方向以及為什么需要 Chiplet 來加速 AI 的發(fā)展。

Handy指出，20世紀90年代的多芯片模塊（MCM）發(fā)展到90年代中期的多芯片封裝（MCP），隨后又發(fā)展到NAND閃存堆疊、堆疊芯片、大芯片（例如2011年左右Xilinx的切片式FPGA）、混合工藝（例如AMD的I/O芯片，其核心復(fù)合體位于中心）、采用TSV的HBM、混合鍵合（最初由YMTC和Sandisk等公司應(yīng)用于CMOS圖像傳感器）以及AMD的VCache技術(shù)。但這些都是Chiplet嗎？

圖 1. Chiplet目前在哪些領(lǐng)域應(yīng)用

就本次演示而言，Chiplet設(shè)計被定義為同一封裝內(nèi)的多個芯片，這些芯片使用針對封裝內(nèi)通信優(yōu)化的信號相互通信（這排除了上圖 1 中的前 3 個芯片）。

Handy 列出了使用Chiplet的九個令人信服的理由：

1、由于Reticle尺寸限制，設(shè)計尺寸過大，無法安裝在單個芯片上，因此需要將其分割到多個芯片上。

2、較大的芯片良率較低，因此使用更多更小的Chiplet更經(jīng)濟。

3、先進工藝節(jié)點中大型設(shè)計（靠近光罩）的掩模成本可能在 3000 萬美元到 5000 萬美元之間。

4、Chiplet使芯片制造商能夠?qū)嘿F的工藝節(jié)點的使用限制在那些有利可圖的地方。

5、它們使生成更多 SKU 變得更加容易。

6、它們能以更低的非經(jīng)常性工程費用加快產(chǎn)品上市速度。

7、它們能夠混合使用不同的晶圓技術(shù)，例如存儲器與邏輯電路，或光學(xué)器件。

8、有些技術(shù)不會隨著工藝節(jié)點的縮小而縮?。⊿RAM）。

9、Chiplet可以節(jié)省電能。

圖 2. 良率與die面積的關(guān)系

Xilinx 使用多個Chiplet來制造大型 FPGA，是有效制造大型芯片的一個范例。圖 2 展示了使用玻色-愛因斯坦曲線集計算出的良率圖。大型單芯片的良率最低，因此對于大型應(yīng)用（尤其是面向大型數(shù)據(jù)中心的 AI 應(yīng)用）而言，Chiplet是一種更具經(jīng)濟效益的解決方案。

圖 3. 大型單片芯片與小型Chiplet示例

Handy指出，圖3中的表格由AMD首席執(zhí)行官蘇姿豐展示，旨在說明4芯片設(shè)計如何在成本僅為59%的情況下，提供更大的芯片面積和更優(yōu)的解決方案。僅在具有明顯優(yōu)勢時才使用昂貴的工藝節(jié)點也有助于降低成本。圖4（如下）顯示，SRAM的尺寸在5nm左右的工藝節(jié)點縮小后已基本停止。

圖 4. SRAM 單元已停止縮放

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，如果可以將SRAM放置在成本更低、工藝更老的芯片上，并通過混合鍵合技術(shù)連接，那么就沒有理由在先進的工藝中占用寶貴的面積來制造SRAM。AMD的Zen 5和Zen 5c設(shè)計就是利用不同的核心芯片和/或不同數(shù)量的核心芯片來更經(jīng)濟地生產(chǎn)新SKU的例子。

HBM 是運用不同晶圓技術(shù)的一個例子，它將堆疊式 DRAM 工藝芯片與 CMOS 邏輯基片芯片相結(jié)合。CMOS 圖像傳感器 (CIS) 是另一個例子。未來還將出現(xiàn)更多類型的存儲器——MRAM、ReRAM（電阻式）和 FRAM（鐵電式）的出現(xiàn)，由于它們不會限制設(shè)計中其他部分的工藝，因此增加了應(yīng)用的可能性。

電容是速度和低功耗的克星。對處理器而言，一切看起來都像電容——內(nèi)存插槽、總線、DRAM 和擴展通道都需要消耗大量能量來擺動這些信號線。而走線在中介層上的信號線則具有更好的（更低的）電容特性。

圖 5. 規(guī)模經(jīng)濟降低成本

規(guī)模經(jīng)濟降低成本。DRAM 與 NAND 的競爭推動了 SSD 的誕生。同樣的現(xiàn)象也推動了 UCIe 的發(fā)展，它是規(guī)模擴大和 I/O 設(shè)計成本降低的副產(chǎn)品。

圖 6. 英偉達數(shù)據(jù)中心收入飆升

圖 7. 所有這些人工智能支出是否可持續(xù)

英偉達的數(shù)據(jù)中心收入飆升，超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的資本支出在 2025 年超過 700 億美元，約為 2024 年的兩倍。人工智能支出在超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心收入中的占比也更高，過去五年中，其收入占比大約翻了一番。

Handy指出，Chiplet本身并不會創(chuàng)造新的市場，但它們正在推動人工智能的發(fā)展。Chiplet是一種賦能技術(shù)，他預(yù)計混合鍵合技術(shù)將會成為一項非常重要的技術(shù)。

報告最后預(yù)測，到2031年，芯片市場規(guī)模將達到6000億美元，與2025年半導(dǎo)體總收入大致相當。因此，在人工智能系統(tǒng)巨額資本支出的推動下，芯片市場滲透率將繼續(xù)增長。

圖 8. Chiplet 預(yù)測

（來源：編譯自semiengineering）

*免責(zé)聲明：本文由作者原創(chuàng)。文章內(nèi)容系作者個人觀點，半導(dǎo)體行業(yè)觀察轉(zhuǎn)載僅為了傳達一種不同的觀點，不代表半導(dǎo)體行業(yè)觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯(lián)系半導(dǎo)體行業(yè)觀察。

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