作者:张力奇

出品:全球财说

近来有个看上去有些高深的概念——Chiplet,可以用热度连涨,火得厉害来形容。

而且这个概念里的上市公司更早前就被国家大基金看上了,在其最新一期投资的项目序列里,多有罗列。

图片来源:东方财富

10多年前被提出

这当中就包括取得三连板的通富微电和六连板的大港股份。说起Chiplet,还要从摩尔定律开始,这是由英特尔创始人之一的戈登·摩尔(Gordon Moore)于半个世纪前提出来的经验之谈,其内容为:“当价格不变时,集成电路上可容纳的晶体管的数目,约每隔18个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。”这在一定程度上揭示了信息技术进步的速度。

过去数十年来,半导体制程工艺都基本遵循着摩尔定律在持续推进,晶体管的尺寸也在不断的微缩,处理器性能在不断增强的同时,成本保持不变,甚至还可以降低。

但随着芯片制程的演进,由于设计实现难度更高,流程更加复杂,芯片全流程设计成本大幅增加,“摩尔定律”日趋放缓。在此背景下,Chiplet被业界寄予厚望,或将从另一个维度来延续摩尔定律的“经济效益”。

因此,Chiplet并不是一项新的技术,早在10多年前就被提出,2015年Marvell创始人之一周秀文(Sehat Sutardja)博士曾提出Mochi架构(Modular Chip,模块化芯片)的概念,便是Chiplet最早的雏形。

Chiplet也被称作“小芯片”或“芯粒”,它是一种功能电路块,包括可重复使用的IP块(Intellectual Property Core,是指芯片中具有独立功能的电路模块的成熟设计,也可以理解为芯片设计的中间构件)。

具体来说,该技术是将一个功能丰富且面积较大的芯片裸片(die)拆分成多个芯粒(chiplet),这些预先生产好的、能实现特定功能的芯粒组合在一起,通过先进封装的形式(比如3D封装)被集成封装在一起即可组成一个系统芯片。

Chiplet 模式兼具设计弹性、成本节省、加速上市等优势,已被公认为后摩尔时代半导体产业的最优解集之一,在产业链上下游企业的共同推进下,Chiplet已经加速进入商业应用,应用领域包括新一代移动通信、高性能计算、自动驾驶以及物联网等。

多家国际巨头布局

目前台积电、英特尔、AMD等国际巨头相继布局 Chiplet,标准协议是其中的重要部分。今年 UCIe 标准的推出对Chiplet行业起到了非常大的推动作用,各大厂商可以用同一个协议快速迭代。

未来Chiplet 产业会逐渐成熟,形成包括互联接口、架构设计、制造和先进封装的完整产业链,中国厂商面临巨大发展机遇。

短期内,各Chiplet厂商会“各自为营”地通过自重用和自迭代利用这项技术的多项优势,而在接口、协议、工艺都更加开放和成熟的未来,产业链的各环节都将迎来换血,“晶体管级复用”会成为现实。

综合来看,chiplet的愿景是一个广泛的生态系统,其中有成千上万个可互操作的chiplet构建在各个foundry中,这些chiplet可提供各种功能,以降低成本,加快产品上市时间并提高成本效益。业务模型将需要支持这一愿景。

为了使这种方法成功,需要建立新的商业模式。集成ASIC供应商已经为集成高带宽存储器(HBM)模块、存储器设备和已知的良好裸片(KGD)系统建立了有效的模型。

这个模型可以扩展以提供与来自多个源的组件更复杂的集成。下面的插图概述了这样一种业务模型,其结构为各种组件的“所有者”。

chiplet模型也可以使总体投资成本受益。例如,如果一家公司在开发机器学习加速器方面具有真正的价值,那么他们为每个可能的系统开发网络接口可能就没有意义。

能够通过选择可用的组件将网络接口引入设计中,从而减少了开发和构建网络接口硬件所需的投资。相反,构建这些网络接口chiplet的公司将从数量增加中受益,从而将其投资摊销到更大的收入流中。

今年3月份,AMD、Arm、先进半导体工程、谷歌云、英特尔、高通、三星、台积电、微软、Meta等十家行业巨头组成UCIe(Universal Chiplet Interconnect Express)产业联盟,负责制定与小芯片技术相关的行业规范,携手推动Chiplet接口规范的标准化。目前,多家中国大陆半导体公司也加入了该联盟,包括芯原股份、芯耀辉、芯云凌、芯和半导体、奇异摩尔、牛芯半导体、灿芯半导体、忆芯科技、OPPO等。

上市公司踊跃发展

相关的上市公司包括通富微电华天科技、芯原股份、长电科技晶方科技、华峰测控、气派科技、寒武纪、同兴达文一科技等,早前饱受关注的大港股份8月9日公告称,公司控股孙公司苏州科阳半导体有限公司主要是采用TSV等技术为集成电路设计企业提供晶圆级封装加工服务,目前主要从事CIS芯片和滤波器芯片晶圆级封装服务,未涉及Chiplet相关业务。

通富微电:背靠AMD(chiplet首家商业化大规模生产的IC企业),AMD占公司营收40%。公司在Chiplet、2.5D、3D堆叠等方面均有布局和储备。

华天科技:2021年报显示有集成电路多芯片封装扩大规模项目。

芯原股份:公司将着力发展Chiplet业务,以实现IP芯片化并进一步实现芯片平台化,为客户提供更加完备的基于Chiplet的平台化芯片定制解决方案。

长电科技:公司已加入UCle产业联盟,共同致力于Chiplet核心技术突破和成品创新发展,积极推动Chiplet接口规范标准化。公司去年推出了XDFOI全系列极高密度扇出型封装解决方案,该技术是一种面向Chiplet的极高密度、多扇出型封装高密度异构集成解决方案。

晶方科技:晶圆级TSV是Chiplet技术路径的一个重要部分,晶方科技也在研究Chiplet技术路径的走向。

华峰测控:Chiplet需求增加的CP测试对测试机有带动作用。

气派科技:2022年半年报显示公司以集成电路封装测试技术的研发与应用为基础,从事集成电路封装、测试及提供封装技术解决方案。公司封装技术主要产品包括MEMS、FC、LQFP、QFN/DFN、CDFN/CQFN、CPC、Qipai、SOP、SOT、DIP等系列,共计超过200个品种。

寒武纪:2022年3月30日回复称思元370是寒武纪首款采用chiplet(芯粒)技术的AI芯片,采用7nm制程工艺,最大算力高达256TOPS(INT8),是寒武纪第二代产品思元270算力的2倍。

同兴达:2021年年报显示公司发布了与昆山日月新(原昆山日月光)签订《项目合作框架协议》的公告,拟在昆山投资设立全资子公司,实施“芯片金凸块(GoldBump)全流程封装测试项目”项目(一期),强势涉足集成电路先进封测行业,主要应用于显示驱动芯片封测领域。

文一科技:2021年年报显示公司半导体板块的发展方向是跟踪先进封装前沿技术,重点研发基于先进封装塑封、分离技术,开发基于粉末、液态树脂压塑成型塑封设备和模具,整合富仕机器、三佳山田研发、市场、人力、供应链资源,研发基于FCBGA、FAN-OUT、存储器塑封成型技术等。

美出法案支持

尽管A股市场Chiplet概念截至8月9日收盘,表现依旧火热;然而芯片股两日领跌大盘美股,可能有英伟达和美光科技等芯片巨头二季度营收展现颓势的原因。

GPU巨头英伟达周一发布财报预警,由于游戏业务疲软,第二季度收入同比可能大幅下降19%。而在上周,芯片厂商AMDicon、英特尔公司发布财报,都下调了年度业绩预期,此前包括索尼、微软、任天堂icon在内的多家游戏巨头发布财报都显示收入大幅下滑。

截至美股8月9日开盘时,半导体板块继续普跌,迈威尔科技跌逾4%,安森美半导体、意法半导体跌超3%,AMD跌近3%,德州仪器、恩智浦半导体跌近2%。

与此同时,欧股芯片股同样惨跌。爱思强股份德国股价(AIXA.GY)跌超2.0%,艾迈斯欧司朗瑞士股价(AMS.SW)跌超5.5%,ASM国际荷兰股价(ASM.NA)跌超3.5%,阿斯麦(ASML.NA)跌超4.2%,英飞凌(IFX.GY)跌超3.2%,挪威北欧半导体(NOD.NO)跌超4.8%,SOITEC(SOI.FP)跌超2.8%,意法半导体(STM.FP)跌3.6%,VAT集团(VACN.SW)跌超6.4%,Siltronic股份(WAF.GR)跌超3.4%。

事实上,大多数最大的半导体设备、设计和软件公司都设在美国,或在美国拥有关键的工程。在设备领域,Lam Research(拉姆研究)、Applied Materials和KLA都位于美国;用于设计芯片的关键软件被称为EDA,也来自美国。

德州仪器和英特尔在制造自己的芯片同时,在各自领域保持着领先的市场份额;此外,高通、博通、英伟达和AMD也都是美国公司。但是,SemiAnalysis表示,尽管美国历来在芯片行业拥有绝对优势,但这种主导地位正转移。

数据显示,美国在芯片制造业中的份额目前处于历史低点。风投机构认为,芯片行业投资不足(偏爱互联网平台企业)、美国制造业人员不足以及人工成本高、缺乏支持政策等都造成了当前的窘境。除非立即采取行动,否则美国将失去半导体行业。

因此,也促成了美国一项新的法案。有消息称,美国总统拜登会在当地时间周二(8月9日)签署一项法案,为美国半导体芯片的制造和研发提供527亿美元补贴,以提高美国在科技领域的竞争力。

《芯片与科学法案》还授权在未来10年中为美国的科学研究增添2000亿美元经费。美国半导体行业协会(SIA)说,如果不采取任何行动,美国在全球半导体产业中的所占份额在2030年时将减少到10%。

现在看上去,该法案目前对设计、生产都在美国本土的英特尔(Intel)、美光(Micron)非常友好 ,而英伟达(Nvidia)的业绩受到比特币矿机需求大跌拖累,像ASML等芯片设备公司、汽车芯片概念股的机会将会加大。