8月5日，半导体板块掀涨停潮，38只涨停、另有14只股票涨幅超过10%。从细分来看，Chiplet概念最为抢眼。那么，什么是Chiplet？该技术的价值何在？概念股有哪些？

一、传统IC产业的挑战

随着芯片工艺不断演进，硅的工艺发展趋近于其物理瓶颈，晶体管再变小变得愈加困难，摩尔定律放缓，但是算力和存储的需求爆发，传统方式推进芯片性能很难维持产业的持续发展，行业进入后摩尔时代。

当前IC技术瓶颈与业务需求的主要矛盾在于：

• 单位算力与数据量增速的矛盾：人工智能、大数据、5G 等技术发展，使数据量呈指数级增加，而单位算力的增速却愈发迟缓。
• 性能和功耗比提升的矛盾：芯片性能的提升会伴随着功耗的大幅增长，从而导致应用场景碎片化，无法摊薄芯片成本。
• 研发成本和交付周期增加：随着先进制程的进步，芯片制造成本与研发投入也大大增加。目前，5nm芯片的研发费用已经超过5亿美元 ，3nm的研发费用预期将超过15亿美元。

而从后摩尔时代创新的方式看，主要围绕新封装、新材料和新架构三方面展开，如下图所示：

• 新封装领域，3D 封装、SiP（System In a Package，系统级封装）已实现规模商用，以 SiP等先进封装为基础的 Chiplet 模式未来市场规模有望快速增长，目前台积电、AMD、Intel 等厂商已纷纷推出基于 Chiplet 的解决方案。
• 新材料领域，随着 5G、新能源汽车等产业的发展，硅难以满足对高频、高功率、高压的需求以 GaAs、GaN、SiC 为代表的第二代和第三代半导体迎来发展契机。
• 新架构领域，以 RISC-V 为代表的开放指令集将取代传统芯片设计模式，更高效应对快速迭代、定制化与碎片化的芯片需求。为应对大数据、人工智能等高算力的应用要求，AI NPU 兴起。存内计算架构将数据存储单元和计算单元融合为一体，能显著减少数据搬运，极大地提高计算并行度和能效。长期来看，量子、光子、类脑计算也有望取得突破。

二、新封装： Chiplet模式有望兴起

Chiplet也称“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模式示例图见下）

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。

综合而言，Chiplet具有如下优势：

• 通过把大芯片分割成芯粒，可有效改善生产的良率，降低制造成本。
• 模块化设计思路可以提高芯片研发速度，降低研发成本。也可以使用现有的成熟芯片降低开发和验证成本。
• 可根据不同IP的需求，选择适合的工艺节点。在芯片设计中，对于不同目的和类型的电路，并不是最新的工艺就总是最合适的。在目前的单硅片系统里，系统只能在一个工艺节点上实现。而对于很多功能来说，使用成本高风险大的最新工艺即没有必要又非常困难，比如一些专用加速功能和模拟设计。在chiplet模式下，做系统设计的时候则有了更多的选择。对于追求性能极限的模块，比如高性能CPU，可以使用最新工艺；而特殊的功能模块，比如存储器，模拟接口和一些专用加速器，则可以按照需求选择性价比最高的方案。
• 架构设计的灵活性。以chiplet构成的系统可以说是一个“超级”异构系统，给传统的异构SoC增加了新的维度，至少包括空间维度和工艺选择的维度。首先，先进的集成技术在3D空间的扩展可以极大提高芯片规模；第二，结合前述的工艺灵活性，可能在架构设计中有更合理的功能/工艺的权衡；第三，系统的架构设计，特别是功能模块间的互联，有更多优化的空间。
• 不同的芯粒可以使用不同的工艺节点制造，甚至可以由不同的供应商提供。一些经过验证且技术成熟的芯粒可以重复使用，这样做既减少了企业的设计时间和成本，还能有效扩充企业的资源库。

三、Chiplet的难点及发展趋势

让多个芯粒互联起来并最终异构集成成为一个大芯片，主要有两个技术难点：

• 互联。如何让芯粒之间高速互联，是Chiplet技术落地的关键。芯片设计公司在设计芯粒之间的互联接口时，首要保证的是高数据吞吐量，另外，数据延迟和误码率也是关键要求，还要考虑能效和链接距离。
• 封装。怎么把多个Chiplet封装起来，而且解决好散热问题：一是封装体内总热功耗将显著提升；二是芯片采用2.5D/3D堆叠，增加了垂直路径热阻；三是更加复杂的SiP，跨尺度与多物理场情况下热管理设计复杂。

云岫资本的报告显示，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。

据云岫资本判断，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。

四、相关股票

• 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。
• 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：掌握Chiplet相关技术。
• 华峰测控：chiplet需求增加的CP测试对测试机有带动作用。

参考研报或文章：

1. 云岫资本，《2022年中国半导体投资深度分析与展望》
2. 黄晶晶，《中国大陆芯片IP TOP1公司，5nm设计项目流片，发力Chiplet 业务》
3. 格隆汇，《Chiplet能为芯片设计带来哪些变革？》
4. 架构师技术联盟，《Chiplet如何革新半导体IP业务模式？》