Chiplet将颠覆半导体产业生态？

美国新创公司Tenstorrent与英国新创公司Alphawave Semi的高层预见，当他们的公司开始销售小芯片(Chiplet)与半导体IP核(IP)，将侵蚀像是高通(Qualcomm)等老牌芯片供应商的业务。

Tenstorrent首席营运官(COO) Keith Witek接受《EE Times》访问时指出，SoC客户需要采购图形处理、图像信号处理、多媒体、应用处理、Arm处理器等核心，还要把调制解调器与安全功能都放在单一芯片，而Chiplet能带来更多选择。

“有了Chiplet，你可以说‘我不想从Qualcomm取得130美元的解决方案。’事实上，有人可能会说，‘我只认为他们的调制解调器不错，其他东西我可以从不同芯片取得；’” Witek强调，高通只是一个例子。

Alphawave与Tenstorrent预期，Chiplet会在市场上以像是商品的形式销售，不过这还只是期望。 “在过去，Chiplet系统大多数由少数几家拥有专业知识、且只供内部使用的大公司来实现；”Alphawave首席技术官Tony Chan Carusone接受《EE Times》采访时表示：”现在你会开始看到该技术能被更广泛地取得。”

Tenstorrent也预见Chiplet的”民主化”(democratization)；不过Witek指出，像苹果(Apple)、AMD等芯片设计者都有他们自己的Chiplet，并不会与其他芯片设计厂商分享。而事实上，他与Tenstorrent首席执行官Jim Keller，”还有其他很多人，都想将Chiplet推向大众市场——也就是让Chiplet民主化——让该技术具备通用介面、通用封装技术。”

Witek补充，新的Chiplet供应商，可能是”Synopsys、Cadence、Alphawave、三星(Samsung)、美光(Micron)等公司，甚至是英特尔(Intel)或Qualcomm、或是联发科(MediaTek)。”

Carusone表示，因为预期会有一个持续成长的新市场，半导体晶圆厂正在为像是Alphawave等新创Chiplet设计厂商扩大生产规模；他预期，一些新的竞争厂商将会提供创新的先进封装服务，将Chiplet拼接在一起。

“当你进入异构集成，结合来自不同技术的Chiplet，就会有非常多不同的排列组合；新进厂商的加入，以及创新，不可避免会带来在特定市场或特定应用领域有用的新东西。” Carusone提及，光子封装(photonic packaging)就是其中一个可能出现的技术。

Alphawave的专长是链接性Chiplet。 “客户仰赖我们解决他们的链接性需求是合理的，这能让他们专注在他们的特定技术上；”Carusone表示：”无论我们是透过提供他们IP，或是以提供封装解决方案、Chiplet的方式协助他们，满足他们的链接性需求，都能为他们增加价值。”

在2022年诞生的开放性芯片对芯片互连规格UCIe (Universal chiplet interconnect express)是一个关键标准，能让不同供应商链接他们的Chiplet，同时让芯片厂使用这些较小型裸芯片时能提升良率。

Witek透露，Tenstorrent打算在今年开始提供其Quasar系列计算Chiplet，以及Aegis系列RISC-V核心Chiplet；他补充，该公司将会为其他供应商留下空间，为DRAM、I/O介面、显示器与多实体层(multi-PHY)添加他们的Chiplet。

“你基本上可以挑选、摆放不同的‘乐高积木’来因应不同的市场，”Witek表示：”不必等待得花3~4年时间来设计的单芯片，可以在3~6个月的时间内把这些‘乐高‘拼在一起，在市场上推出新产品。”

他补充，在像是台积电(TSMC)等公司的先进晶圆厂，晶圆价格从3万美元起跳，这对生产应用于手机、物联网(IoT)消费性电子，以及汽车的芯片来说难以负担。

“从成本的角度来看，有些事情必须要改变；”Witek表示：”你可以把设计分解成一片片，然后只用高价格的先进节点生产其中你真的需要性能的一小部份，其余可以使用完全折旧的晶圆厂与工艺节点。”

市场研究机构SemiAnalysis首席分析师Dylan Patel在2023年出席于中国台北举办的”AI and Semiconductor Symposium”研讨会。

(来源：SemiAnalysis)

市场研究机构SemiAnalysis首席分析师Dylan Patel在接受《EE Times》采访时指出，升高的晶圆成本推动了采用Chiplet的趋势，这让小公司能更轻松在芯片领域找到利基市场；”如果你只要大规模的单芯片，那也只有最大的公司有办法负担，因为设计成本是如此之高。”

仍在初期发展阶段的Chiplet市场

Carusone指出，如今在市场上采购Chiplet的风险很小，一旦封装容量与验证问题获得解决、技术成熟，整合IP功能区块到整个设计的风险就会降低。 “封装生态系统需要成熟，让将预先打造Chiplet放进新系统的任务，就像是把现成芯片放到印刷电路板上那样快速与简单。”

Witek则表示，那种先进的封装生态系在像是台积电、三星等大型晶圆厂正在成熟，但这些晶圆厂在建立产能方面相当谨慎，无法满足像是Nvidia等大客户的需求。

“台积电正在以整合式扇出晶圆级封装(InFO)与CoWoS (chip-on-wafer-on-substrate)等技术，在晶圆等级上做一些事情；”他解释：”他们真的非常小心，避免跟像是日月光(ASE)、Amkor等芯片封装厂商竞争。当晶圆片从台积电晶圆厂出来，是得与封装厂建立另一段关系，这会让事情变得很复杂。在Tenstorrent内部需要一个更有能力的团队，但我们还没有，很多新创公司也没有；供应链的这个部份还没有完全成形，在接下来2~3年会成形。”

根据《路透社》(Reuters)的报导，三星的晶圆厂也在朝先进封装扩张，以因应AI热潮──该报导指出，该公司的先进互连技术SAINT (Samsung Advanced Interconnection Technology)利用3D封装堆叠芯片，号称能达到比台积电2.5D封装更高的密度。

Witek认为像是三星等晶圆代工厂商，以及Arm等IP供应商，会是Chiplet生态系中的赢家：”IP厂商正在关注Chiplet现象，认为这是将他们的IP制作成Chiplet的机会──不是以RTL档案的形式卖代码、只贡献整个设计的一小部份，而是能以8~10美元的单价销售Chiplet赚取营收；这是他们目前营收的十倍以上。”

不过他也指出，当晶圆代工厂商扩张先进封装产能，日月光、Amkor等封装厂商可能就得付出代价；”我认为台积电、三星等公司会是赢家，因为要实现技术会需要高资本支出的设备，而这些晶圆代工厂商已经不需要投入更多资本就可以做到，但日月光、Amkor等厂商却得打造他们现在都还没有的Class 1等级晶圆厂。”

(参考原文：Chiplet Makers Expect to Disrupt Incumbents，by Alan Patterson)

本文同步刊登于《电子工程专辑》杂志2024年3月号