中国为何豪赌Chiplet芯片技术？

在过去的一年里，中国政府和风险投资者都在着力扶持国内的芯片产业。学术研究人员受到激励，以解决芯片制造所涉及的前沿问题，而一些芯片初创企业已经生产出了首批Chiplet产品。

传统芯片将所有组件集成在一块硅片上，而Chiplet则采用模块化方式。每个芯片都有专门的功能，如数据处理或存储；然后将它们连接成一个系统。由于每个芯片的体积更小、功能更专一，因此制造成本更低，出现故障的可能性也更小。同时，系统中的单个芯片可以更换为更新、更好的版本，以提高性能，而其他功能组件则保持不变。

由于Chiplet具有在后摩尔定律时代支持持续增长的潜力，《麻省理工科技评论》将其选为2024年十大突破性技术之一。芯片领域的强大公司，如 AMD、英特尔和苹果，已经在其产品中使用了这项技术。

对这些公司来说，Chiplet是半导体行业不断提高芯片计算能力的几种方法之一，尽管它们有物理上的限制。但对于中国的芯片公司来说，它们可以减少在国内开发更强大芯片所需的时间和成本，并为人工智能等不断增长的重要技术领域提供产品。要将这种潜力变为现实，这些公司需要投资于芯片封装技术，将芯片连接到一个设备中。

半导体情报公司 TechInsights 的工艺分析师卡梅隆-麦克尼尔（Cameron McKnight-MacNeil）说："开发利用Chiplet设计所需的先进封装技术无疑是中国的任务之一。众所周知，中国拥有部署芯片组的一些基础底层技术"。

实现高性能芯片的捷径

几年来，美国政府一直利用出口黑名单来限制中国半导体产业的发展。其中一项制裁于 2022 年 10 月实施，禁止向中国出售任何可用于制造 14 纳米一代芯片（相对先进但非尖端）以及更先进芯片的技术。

多年来，中国政府一直在寻找克服由此造成的芯片制造瓶颈的方法，但要在光刻技术--利用光线将设计图案转移到硅基材料上的工艺--等领域取得突破可能需要几十年的时间。如今，与台湾、荷兰和其他国家的公司相比，中国的芯片制造能力仍然落后。麦克奈特-麦克尼尔说："虽然我们现在已经看到（中芯国际）通过DUV工艺生产7纳米芯片，但我们怀疑生产成本高，产量低。"

不过，Chiplet技术有望摆脱这一限制。通过将芯片的功能分离成多个芯片模块，可以降低制造每个单独部件的难度。如果中国无法购买或制造单个功能强大的芯片，就可以连接一些有能力制造的较低级芯片。它们组合在一起，就有可能达到与美国阻止中国使用的芯片类似的计算能力水平，甚至更高。

但这种芯片制造方法对半导体行业的另一个领域提出了更大的挑战：封装，即组装芯片的多个组件并测试成品设备性能的过程。要确保多个芯片能够协同工作，需要比传统单片芯片更复杂的封装技术。这一过程中使用的技术被称为先进封装。

这相对对中国来说是一个更容易的提升。如今，中国公司已经生产了全球 38% 的芯片封装产品。台湾和新加坡的公司仍然掌握着更先进的技术，但要在这方面迎头赶上并不那么困难。

"封装Chiplet的标准化程度较低，自动化程度也较低。它更依赖于熟练的技术人员，"哥伦比亚大学研究电信和芯片设计的教授哈里什-克里什纳斯瓦米说。由于中国的劳动力成本仍然比西方国家低得多，"我认为中国不需要几十年就能赶上"，他说。

资金正在流入芯片行业

与半导体行业的其他领域一样，开发芯片也需要资金。但出于快速发展国内芯片产业的紧迫感，中国政府和其他投资者已经开始向芯片研究人员和初创企业投资。

2023 年 7 月，中国国家自然科学基金委员会（国家基础研究的最高基金）宣布，计划资助 17 至 30 个芯片研究项目，涉及设计、制造、封装等。该组织表示，计划在未来四年内发放 400 万至 650 万美元的研究经费，目标是将芯片性能提高"一到两个量级"。

该基金更侧重于学术研究，但一些地方政府也准备投资于芯片的产业机会。无锡是中国东部的一个中等城市，它正将自己定位为芯片生产中心 - "芯粒之谷"。去年，无锡政府官员提议设立一个折合 1400 万美元的基金，用于将芯片公司引入该市，该基金已经吸引了一些国内公司。与此同时，一批定位在Chiplet领域研发的中国初创企业也获得了风险投资的支持。

北极雄芯（Polar Bear Tech）是一家开发通用和专用芯片的中国初创公司，2023 年获得了超过 1400 万美元的投资。该公司于 2023 年 2 月发布了首款基于芯片的人工智能芯片"启明 930"。其他几家初创公司，如 Chiplego（芯砺智能）、Calculet（原粒半导体）和 Kiwimoore（奇异摩尔）也获得了数百万美元的投资，用于制造汽车专用芯片或多模态人工智能模型。

挑战依然存在

选择Chiplet方法需要权衡利弊。虽然它通常能降低成本并提高定制能力，但在芯片中包含多个组件意味着需要更多的连接。如果其中一个出现问题，整个芯片就会失效，因此模块之间的高度兼容性至关重要。连接或堆叠多个芯片还意味着系统耗电更多，发热更快。这可能会影响性能，甚至损坏芯片本身。

为了避免这些问题，设计Chiplet的不同公司必须遵守相同的协议和技术标准。2022 年，全球各大公司联合提出了通用芯片互连快车（UCIe），这是一个关于如何连接芯片的开放标准。

但所有参与者都希望自己拥有更大的影响力，因此一些中国实体提出了自己的芯片组标准。事实上，不同的研究联盟在 2023 年提出了至少两个中国芯片组标准，作为 UCIe 的替代标准，而 2024 年 1 月出台的第三个标准则将重点放在了数据传输而非物理连接上。

将几种不那么先进的芯片组合在一起，可能会提升中国芯片技术的性能，并替代中国无法获得的先进技术，但却无法生产出远远领先于现有一线产品的芯片。而且，随着美国政府不断更新和扩大对半导体的制裁，芯片技术也可能受到限制。

2023 年 10 月，美国商务部修订了早前对中国半导体行业的制裁措施，其中包括一些新的措辞和对芯片的一些提及。修正案增加了新的参数，以确定哪些技术被禁止出售给中国，其中一些新增参数似乎是为衡量芯片的先进程度而量身定制的。

虽然世界各地的芯片工厂并不受限制为中国生产不太先进的芯片，但商务部的文件还要求他们评估这些产品是否会成为功能更强大的集成芯片的一部分，这就给他们施加了更大的压力，要求他们核实自己的产品最终不会成为被禁止向中国出口的产品的部件。

由于存在各种现实和政治障碍，无论投入多少政治意愿和投资，芯片组的发展仍需时日。它可能是中国半导体产业制造更强芯片的捷径，但不会是解决中美技术战的灵丹妙药。