Chiplet,中国标准

日期:2023-01-04 作者:润欣科技 返回列表

Chiplet,中国标准


随着工艺迭代至 7nm、5nm、3nm 及以下,先进制程的研发成本及难度提升,Chiplet走进了半导体巨头们的视野。

近日,中国出现了首个原生Chiplet技术标准。由中国集成电路领域相关企业和专家共同主导制定的《小芯片接口总线技术要求》团体标准正式通过工信部中国电子工业标准化技术协会的审定并发布。

面对Chiplet的发展潮流,中国正在积极加入。


Chiplet标准

Chiplet火热的背后还是因为芯片成本越来越高。由于晶体管微缩带来的半导体价格越来越昂贵,业内希望能够找到一个成本更低的方法推动芯片能效比的提升。

Chiplet的概念提出很早,但直到2018年,AMD将CPU、GPU等部件分成更小的组件组合成SoC时,Chiplet自此正式应用在商业化产品中。这颗由7nm和14nm打造的Chiplet芯片,与完全由7nm打造的芯片相比成本大约降低了50%。

Chiplet开始走入了业内的视野中。如果Chiplet想要实现更大范围内的应用,就需要混合来自多家芯片厂商或多个工艺节点的裸片,这就可能涉及到多家各种功能芯片的设计、互连、接口,因此如何界定这些裸片的互联协议和接口标准就成了关键问题。

在2020年,英特尔初次加入美国CHIP联盟后就曾免费提供AIB互连总线接口许可以支持 Chiplet 生态系统建设。当时媒体报道称,英特尔慷慨地向 CHIPS 联盟贡献了自家的高级接口总线,以便开发者轻松访问、并实现与各款兼容芯片的互操作。不过其他厂商由于顾虑该接口许可需要使用英特尔自家的先进封装技术 EMIB,所以最后该标准没有普及使用。

英特尔并没放弃,在今年三月,再次牵头发起一项Chiplet新标准也即UCIe。UCIe联盟的初始成员名单囊括了全球最顶级的芯片制造商英特尔、台积电、三星,最大芯片封测商日月光,以及AMD、Arm、高通等x86和Arm生态中实力领先的芯片设计企业。

英特尔如此热情的背后有两点原因。第一,Chiplet即将成为大势所趋。台积电总裁魏哲家在财报会议上也曾表示:“对于包括SoIC、CoWoS等先进封装技术,台积电观察到Chiplet正成为一种行业趋势。”正是这个趋势,也让这些昔日在某些领域相互竞争的对手们,能够手挽手。

第二,英特尔希望能够维护和丰富其生态系统的完整性。UCIe标准明确提出支持CXL和PCIe协议,而这两个互连协议均由英特尔提出和创建。例如,PCIe是x86系统主要的IO总线标准,所有IO设备必须支持PCIe才能和X86 CPU相连。由于目前很多加速器芯片的计算能力,已经可以和主CPU相提并论,因此CXL在IO模式基础上,又新增了CXL.mem和CXL.cache的模式,以适应技术形势的发展。

UCIe联盟提出的风风火火,中国也有许多企业积极加入,包括长电科技、阿里、芯原科技等。然而,“标准有国界”的警钟三年前就敲响过。2019年5月,美国商务部宣布将华为列入实体清单,随后PCIe组织PCI-SIG曾短暂地停掉华为的会员资格。Chiplet如此火热,即便是已经有了像UCIe这样的产业联盟,我们同样也需要准备好自己的Plan B。

大势所趋的Chiplet中国也在积极参与。早在2020年8月,中科院计算所牵头成立了中国计算机互连技术联盟(CCITA),重点围绕Chiplet小芯片和微电子芯片光I/O成立了2个标准工作组。2021年6月在工信部中国电子工业标准化技术协会立项了《小芯片接口总线技术》《微电子芯片光互连接口技术》2项团体标准。

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今年12月,这两项标准在第二届中国互连技术与产业大会上正式对外发布,进一步跟踪前沿IT互连技术,结合我国技术发展和应用现状,制定和应用计算机系统芯片内、芯片间、系统间互连技术的协议规范和标准。

《小芯片接口总线技术要求》 这项标准描述了CPU、GPU、人工智能芯片、网络处理器和网络交换芯片等应用场景的小芯片接口总线(Chiplet)技术要求,包括总体概述、接口要求、链路层、适配层、物理层和封装要求等,以灵活应对不同的应用场景、适配不同能力的技术供应商,通过对链路层、适配层、物理层的详细定义,实现在小芯片之间的互连互通,并兼顾了PCIe等现有协议的支持,列出了对封装方式的要求。

中国计算机互连技术联盟(CCITA)秘书长,中国小芯片标准的主要发起人和起草人郝沁汾,在谈到中国发布的小芯片相关技术标准时指出:中国的小芯片标准是开放的,从标准的协议到参考实现都是开放的,实现参考设计所需的技术细节,我们都可以在标准协议中找得到。我们将围绕这样一套原生的技术标准,进一步完善标准内容,开发相应的参考设计,并孵化相应的企业,以推动我国集成电路行业围绕Chiplet技术形成更加广泛的社会分工。同时CCITA已经在考虑和Intel UCIe在物理层上兼容,以降低IP厂商支持多种Chiplet标准的成本。


Chiplet在中国火热发展

中国发展Chiplet的理由有很多,除了同国际一样面对摩尔定律的困扰外,更重要的一点是中国需要“自主”。国内集成电路产业的很大挑战来自“封锁”,因为种种原因,我们很想象以前一样方便的获取到先进制程代工,因此我们同样在在单位硅片面积上增加晶体管数量有困难,只有转而追求在单个封装内部晶体管数还等持续提升。

华为原轮值董事长郭平就曾在2021年年报发布会上提及,在先进工艺不可获得、单点技术遇到困难的情况下,华为在积极寻找系统的突破。华为常务董事汪涛后来也进一步明确,华为已经在2019年申请了基于芯片3D堆叠、3D封装或称之为chiplet技术方面的专利,来实现在制程相对可能不是那么领先的情况下做出领先的芯片或者系统。

当我们传统的方式被“卡”断时,我们退而求其次走另一条技术的路线。尽管我们都在发展,但国内发展Chiplet的条件和国际头部IC设计公司并不相同。

美国的Chiplet更多的集中在英特尔、AMD这类大公司,每家都有自己的Chiplet方案和架构,拥有一个封闭的生态。但是中国每家芯片公司的规模并不大,没有一家公司有实力把整个Chiplet生态给打造出来,所以中国Chiplet未来是很多公司一起参与,会形成产业链分工的一个状态。

Chiplet的技术结构可以分为三个层次:一是底层的工艺技术,即先进封装技术;二是构成Chiplet的元器件、芯粒、IP以及其他如IO、供电、散热以及相关的协议;三是新生态。通过这几个层次的组合或融合,才能够形成Chiplet的良好技术基础或生态基础。

目前国内发展Chiplet的进程中,先进封装方面,去年长电科技成立了设计服务事业部,协助和承接面向设计公司对Chiplet产品的新的设计要求。今年11月,公司向全资子公司长电科技管理有限公司增资至10亿元,以加速长电科技上海创新中心验证线建设,进一步强化公司在上海的先端技术领域创新技术和产品研发能力,加速实现chiplet产业链协同设计、供应链联合创新的能力。

IP方面,半导体IP供应商芯原有望是业内首批推出商用Chiplet的公司,近年来一直致力于Chiplet技术和产业的推进。基于“IP芯片化,IP as a Chiplet”和“芯片平台化,Chiplet as a Platform”两大设计理念,芯原推出了基于Chiplet架构所设计的高端应用处理器平台,目前该平台12nm SoC版本已完成流片和验证,正在进行Chiplet版本的迭代。

在Chiplet领域已耕耘多年的芯动科技,推出的首款高性能服务器级显卡GPU“风华1号”就使用了Innolink Chiplet技术,将不同功能不同工艺制造的Chiplet进行模块化封装,成为一个异构集成芯片。2022年4月,它又率先推出国产自主研发物理层兼容UCIe标准的IP解决方案——Innolink Chiplet。据悉,这是国内首套跨工艺、跨封装的Chiplet(芯粒)连接解决方案,且已在先进工艺上量产验证成功。


Chiplet未来如何?

Chiplet的出现降低了创新的成本,从而极大加速了这些创新的发展,未来我们可能有越来越多,非常有特色的更好的芯片,并能用在不同的应用里。

Chiplet一定是需要我们发展的,但Chiplet模式的发展还有很长的路要走,它既是一次技术升级,包括封装测试技术、EDA工具、芯片架构设计等,也可能带来一次对传统半导体产业链的重构。

面对接下来的Chiplet在全球市场上的井喷式增长,中国半导体企业仍需努力,通力合作,站上后摩尔时代的大舞台。


新闻来源丨与非网



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