技经观察丨小芯片技术开辟半导体新赛道

小芯片（Chiplet，又名芯粒）技术，是一种模块化芯片技术，可将多个不同功能的小型芯片拼搭形成模组，以实现多种处理功能。小芯片系统将传统片上系统（System on Chip，SoC）所需的微处理器、模拟IP核、数字IP核和存储器等模块分开制造，并在后道工艺中集成为一个芯片模组，可实现不同模块的混用、复用，且各模块不需要在同一制程节点制造，在成本和良率上具有优势。因此，小芯片技术成为半导体行业又一新兴赛道。2022年3月，英特尔公司携手全球数十家顶级半导体厂商，共同发布全球首个小芯片互连标准UCIe（Universal Chiplet Interconnect Express）。2022年底，由中国电子技术标准化研究院、中科院计算所等机构制订的《小芯片接口总线技术要求》即将公布。届时，国内外企业将围绕小芯片技术展开的合作与竞争将愈发激烈。

二、小芯片技术凭借其灵活性引起业界重视

当前，半导体制造业后道流程的附加值在不断上升，小芯片技术作为先进封装技术的典型代表，得到业界重视。

（一）小芯片技术与产品正形成规模，推出实用产品

美国半导体行业巨头纷纷涉足小芯片技术，已取得实用化成果。2018年，AMD公司率先在霄龙型号处理器中采用小芯片设计，在单个芯片中实现较高整合度。2022年3月，苹果公司推出采用小芯片设计的M1 Ultra处理器芯片，将两枚M1 Max芯片互连，实现更高运算性能。2022年8月，英特尔公司发布Meteor Lake和Arrow Lake型号芯片，旨在将不同核心数量、不同的缓存大小及不同性能的模块混合，实现高效率、低功耗。

苹果公司M1 Ultra芯片示意图 图源：Apple

小芯片的火热同样引起了中国内地厂商的兴趣。地平线、壁仞科技等大算力芯片公司也表达了对小芯片技术的兴趣或推出了相关产品；芯原和芯动科技等IP供应商已推出实质的接口IP,展现出对小芯片技术的跃跃欲试。

（二）小芯片技术正形成标准，面向行业共赢

为了将小芯片技术全面推向市场，英特尔、AMD、ARM、台积电、三星、日月光、高通、微软、谷歌云和Meta等科技巨头联合，发起小芯片互连标准联盟——UCIe产业联盟，并于2022年3月发布UCIe 1.0标准，目的是通过开源设计实现芯片之间的芯片互连标准化，从而降低成本，促进更广泛的小芯片生态系统。该标准定义了片上互连技术的物理层、协议栈和软件模型，以及合规性测试程序。

UCIe标准概念图 图源：UCIe产业联盟

其中，英特尔公司为UCIe标准贡献了高级接口总线（AIB）和嵌入式多核心互连桥接（EMIB）等技术；台积电公司贡献了芯片-晶圆-基板(CoWoS)等技术。未来新版本的UCIe标准可能包括附加协议、更宽的数据链路和更高密度的连接。最终，UCIe标准的目标是像其他连接标准（如USB、PCIe和NVMe）一样普遍和通用，同时为小芯片连接提供卓越的功率和性能指标。

UCIe产业联盟成立后，中国企业芯原微电子、超摩科技、芯动科技、芯和半导体以及牛芯半导体等企业相继加入了UCIe产业联盟。这意味着全球小芯片互连标准中，也将有中国企业贡献的一份力量。

与此同时，中国也正发展自主小芯片标准。2021年5月，中国计算机互连技术联盟在工信部立项《小芯片接口总线技术要求》，由中国电子技术标准化研究院、中科院计算所和国内多个芯片厂商合作展开标准制定工作。该标准文件已完成起草工作，于2022年3月起公开征求意见，预计将于2022年年末正式发布，作为中国原生小芯片标准。

作者简介

唐乾琛 国务院发展研究中心国际技术经济研究所研究二室，三级分析员

研究方向：信息领域战略、技术和产业前沿

联系方式：[email protected]