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Chiplet概念火遍市场谁将引领潮水方向

招商引资葛毅明133912197932年前 (2024-09-21)产业地产资讯105

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　　资本市场上，半导体板块因“砍单潮”陷入低迷后，上周因“Chiplet”被重新点燃。

　　但过了个周末，在市场一片“王者归来”的叫好声下，半导体板块又陷入回调的尴尬境地。

　　不过，一条半导体细分条线日，概念板块中，先进封装指数大涨，康强电子002119）、通富微电002156）、大港股份002077）接连涨停，晶方科技603005）、华天科技002185）、华峰测控、银河微电、长电科技600584）等跟涨。

　　Chiple模式被认为是在摩尔定律趋缓下的半导体工艺发展方向之一。从目前的公开的报道来看，简单来说，Chiplet实现原理如同搭乐高一样，把要实现复杂功能的大芯片分小块设计加工出来再连接封装在一起，从而形成一个系统芯片。其中，先进的集成封装技术是关键。

　　从近日A股回应来看，已经有不少公司进行了相关布局。Chiplet能否成为代表未来的技术？还存在哪些难点？哪些产业链环节将率先受益？本期21硬核投研将作出全面解析。

　　对于投资者而言，Chiplet名词或许有些陌生。

　　通俗来说，Chiplet就是将一个单片集成电路分割为更小的能实现子功能的器件组件。长电科技在年报中将其通俗地称为“标准小芯片”。

　　过去几十年中，摩尔定律为半导体行业规划了前进步伐，集成电路实现了晶体管密度的提升和单位成本的下降，单片集成电路的集成度按照摩尔定律迅速提升，晶体管的特征尺寸也从微米量级降到纳米量级。

　　不过，从16nm/14nm节点开始，集成电路设计和制造成本飙升。

　　这也是业内经常提及的“摩尔定律趋缓”。先进制程的开发成本及难度不断提升，由此，芯片研发亟需一种新的生产方式。

　　“考虑到并非所有电路都需要用高级节点设计和制造，且同一个芯片上的电路并不是所有都能从尺寸缩放中受益。在这种情况下，将一个较大的芯片分解成多个更小的芯片，并根据需要进行混合和匹配的成本更低，产量更高的Chiplets方式应运而生。”中国航天电子600879）技术研究院研究员李应选在近期发布的论文中指出了Chiplet出现的动因。

　　那么，与在芯片上集成的单片系统SoC方案相比，Chiplet方案存在哪些优势？

　　该论文指出，使用传统的SoC方法，整个芯片必须用一个单一的技术节点工艺设计和制造，尽管构成这个SOC的各组成部分不一定达到性能最优。但是，使用Chiplets可以通过将预先开发的芯片集成到IC封装中来减少产品开发时间和成本。因此，芯片制造商可在一个库中提供模块化的芯片菜单，这便是典型的Chiplets。采用不同的节点的不同Chiplet具有不同功能和性能，客户可以使用芯片对芯片的互连方案将它们混合匹配。

　　总的来看，目前的机构研报常常将Chiplet方案概括为拥有设计灵活性、成本低、上市周期短三方面特点。

　　目前，Intel、AMD、TSMC、IMEC等公司在Chiplet领域均有相关研究和解决方案。

　　公开信息显示，AMD公司在服务器和PC处理器的Chiplet方面居于领先地位。Intel公司在FPGA中使用 I/O Chiplet方面做了更多的探索和研究。包括marvell公司在内的多家以太网开关芯片的供应商，已经将Chiplet用在大型数据中心工作的高端产品。

　　21世纪资本研究院查阅公开资料发现，在2021年的一场演讲中，AMD方面曾介绍公司采用Chiplet的主因是晶圆制程节点的进展速度减缓。Chiplet最大的“卖点”在于能改善单颗良品裸晶的成本，较高良率是较小尺寸晶片的天生优势，大尺寸裸晶上任何一个地方出现缺陷都会是致命伤，若将之分为四颗小的，其中一颗故障还能有三颗可以出货的产品，而不是一整颗大晶片报废。

　　AMD计算出，以Chiplet方法制作EPYC处理器时，会需要比单一晶片多出10%的硅晶圆面积来承载部分功能，但最后整个Chiplet形式处理器的晶片成本，比单晶片处理器节省了41%。

　　能节省40%硅晶圆成本，对芯片行业来说确实是一个诱人的解决方案。

　　一个新兴技术的兴起，常会带来一系列产业投资机会。这也是近期市场异动的出发点。

　　浙商证券601878）指出，“Chiplet方案是目前先进制程的重要替代解决方案，通过Chiplet方案中国大陆或将可以弥补目前芯片制造方面先进制程技术落后的缺陷，为国内半导体产业链带来新机遇。”

　　目前国内对Chiplet方案的研发进展如何？A股上市公司作为行业中的佼佼者，是一个可观察的维度。

　　21世纪资本研究院发现，随着资金对Chiplet的关注，各家上市公司纷纷作出相关回应，最受关注的显然是封测龙头企业。

　　通富微电在8月1日互动易平台的问答中回复到，有分析机构指出，在后摩尔时代，Chiplet、WLP、SiP、Fanout、2.5D、3D堆叠等先进封装技术是封测产业未来重要的发展趋势。公司在Chiplet、WLP、SiP、Fanout、2.5D、3D堆叠等方面均有布局和储备。

　　近日，通富微电相关人士在回复21世纪资本研究院采访时表示，“Chiplet的优势主要是降低成本，提高良率。目前公司已掌握此项技术。”

　　具体来看，通富微电在2021年年报中指出，在先进封装方面公司已大规模生产Chiplet产品，7nm产品已大规模量产，5nm产品已完成研发即将量产。

　　晶方科技表示，Chiplet技术目前是行业发展的趋势之一，是多种复杂先进封装技术和标准的综合，并非单一技术。其中晶圆级TSV技术是此技术路径的一个重要部分。晶方科技在研究该技术路径的走向，并与合作伙伴共同寻找合适的产品应用。华天科技也表示，“已掌握Chiplet相关技术。”

　　长电科技近期在互动平台表示，公司于去年推出了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，包括2D/2.5D/3D Chiplet，能够为客户提供从常规密度到极高密度，从极小尺寸到极大尺寸的服务。

　　21世纪资本研究院注意到，长电科技在2021年年报中对该技术研发作出相关规划，“2022年将面向5G/6G射频高密度系统的封装及系统级测试，超大规模高密度QFN封装，2.5D/3D chiplet，高密度多叠加存储技术等八大类逾三十项先进技术开展前瞻性研发，尽快完成产品验证并实现量产。”

　　除了先进封装企业，芯片设计企业也被认为有望直接获益Chiplet的兴起。

　　光大证券电子行业分析师刘凯指出，“芯片设计环节能够降低大规模芯片设计的门槛；其次半导体IP企业可以更大地发挥自身的价值，从半导体IP授权商升级为Chiplet供应商，在将IP价值扩大的同时，还有效降低了芯片客户的设计成本，尤其可以帮助系统厂商、互联网厂商这类缺乏芯片设计经验和资源的企业，发展自己的芯片产品。

　　设计IP公司芯原股份近日就受到颇多关注，公司在受访时表示，“芯原拥有丰富的处理器IP，以及领先的芯片设计能力，加上与全球主流封装测试厂商、芯片制造厂商都建立了长久合作关系，所以非常适合推出Chiplet业务。”

　　据介绍，芯原已经在相关项目取得进展。“公司用Chiplet的设计理念已经完成高端应用处理器项目SoC版本的设计，只用12个月就完成从芯片定义到流片整个过程，目前正在进行Chiplet版本的迭代工作。这个高端应用处理器项目未来将为平板电脑、笔记本电脑、数据中心、自动驾驶等应用提供更加灵活、高效、可靠的设计解决方案。”

　　“最后，国内的芯片制造与封装厂可以扩大自己的业务范围，提升产线的利用率，尤其是在高端先进工艺技术发展受阻的时候，还可以通过为高端芯片提供基于其他工艺节点的Chiplet来参与前沿技术的发展。”刘凯说。

　　尽管Chiplet在二级市场引来资金涌入，但由于生态系统问题、测试、缺乏标准等因素，Chiplet的使用还是受到诸多限制。

　　李应选指出，Chiplet在EDA工具、互连技术、测试、标准、可靠性和安全等方面还有待研究的问题。

　　比如在设计方面，3D-IC设计人员面临的技术挑战，正在极大地改变芯片设计的许多假设，在3D SoC中需要更细粒度的芯片分割，芯片之间需要更密集的互连，这种协同设计和实现需要EDA工具来支持。

　　紧随其后的是互连问题，由于将单片集成电路分割为Chiplet，原本的片内连接就需要用芯片间互连实现，需要研究这些技术并找到集成方法。

　　标准化的接口也是一大考验。要将单独的芯片堆叠在一个先进的封装中，并确保它们在封装系统的预期寿命内可靠工作，必须在Chiplet之间建立标准/通用通信接口，这样才能在多个提供商之间实现。

　　不过，上述问题的存在或许也蕴含着更前沿的产业链机会。

　　目前国产EDA工具正在加速发展，国产力量正从模拟、存储等领域，加速向全定制其它场景拓展。相关企业的证券化之路也在提速，国产EDA软件厂商华大九天301269）、广立微已先后登陆A股。

　　互连问题则带来材料、设备和生态建设的机会。

　　有业内人士指出，“小芯片的功能块由设备制造商定义，他们知道如何优化小芯片之间的互连。”据报道，比利时研究机构IMEC正在与器件供应商合作，以在芯片生产中实现更为紧凑的微凸点。

　　在材料环节，有机构指出，Chiplet方案会采用2.5D封装、3D封装、MCM封装等形式对芯片进行先进封装，这种封装方式会增加ABF、PCB载板层数，具体层数与技术指标要求取决于芯片的设计方案。

　　标准方面，今年3月，半导体十巨头ASE、AMD、ARM、Google云、Intel、Meta(Facebook)、微软、高通、三星、台积电十大行业巨头联合宣布，成立行业联盟，共同打造Chiplet互连标准、推进开放生态，并制定了标准规范“UCIe”。UCIe标准的全称为“Universal Chiplet Interconnect Express”，在芯片封装层面确立互联互通的统一标准。

　　今年8月，阿里巴巴和英伟达新增为UCIe联盟董事会成员，其中阿里巴巴是UCIe联盟首个来自中国大陆的董事会成员。此前，芯原、芯耀辉、芯和半导体、芯动科技、芯云凌、长芯存储、长电、超摩科技、奇异摩尔、牛芯半导体、OPPO等大陆企业加入UCIe联盟。

　　21世纪资本研究院认为，总的来看，目前Chiplet还不会占据主导地位，但目前各大机构和公司都在积极推进相关研究并取得了成果。对于高性能产品来说，未来，Chiplet技术所占比重将不断增加，这样将推动整个产业链的发展。

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