争议“芯粒”：国产芯片能绕开先辈制程“弯道超车”吗？

经济观察网 记者郑晨烨“美国管制新规草案出台后，很多业外人士以致部分业内人士都把Chiplet（芯粒）当救命稻草了。”10月17日，北京一家芯片企业的前端工程师李振在电话中告诉记者。

他所提到的美国管制新规草案，是指10月7日，美国商务部财产安全局最新出台的对华半导体出口限定步调，此中紧张内容包罗对18纳米或以下的DRAM芯片、128层或以上的NAND闪存芯片和14纳米或以下的逻辑芯片的出口，增长新的允许证要求并严格检察，限定美国职员在没有允许证的环境下支持位于中国的某些半导体制造办法集成电路开辟或生产的本领。

面对美国“卡脖子”步调的不停升级，通过Chiplet模式实现国产半导体财产的“弯道超车”开始渐渐成为市场中的热议话题，也在A股中催化出了Chiplet概念板块，将这一陌生的名词带到了资源市场的投资者眼前。

“Chiplet模式，可以将多个接纳低工艺制程的模块，比如22nm工艺的模块拼装在一起，从而到达7nm工艺芯片的性能，使得厂商可以绕开先辈制程工艺的限定。”李振表现。

Chiplet是什么？

1965年，英特尔首创人戈登·摩尔总结了一个趋势，即集成电路上可以容纳的晶体管数目在约莫每颠末18个月到24个月便会增长一倍，性能也将提拔一倍，同时其代价也会低落为原来的一半。

这一原来是摩尔等业内人士的履历之谈，在颠末归纳后便渐渐成了影响半导体行业发展至今的摩尔定律。

“摩尔定律并非天然规律，应该被视为对集成电路性能发展的观测或猜测。已往半个多世纪以来，半导体行业大抵按照摩尔定律发展。”灼识咨询合资人赵晓马向记者表明。

但眼下，随着芯片制造工艺的不停发展，按照摩尔定律进步晶体管密度以提拔芯片性能的方法，也渐渐碰到了瓶颈。

“单个芯片上集成的晶体管数目从几千个增长到十几亿个，受制于芯片尺寸的物理极限、光刻技能、隧道效应、功耗和散热、供电本领等标题，制造工艺从5nm升级到3nm再到2nm，其隔断都高出了2年时间。”赵晓马进一步指出，

面对摩尔定律发展趋缓，开辟先辈制程的本钱及研发难度不停提拔的现状，半导体行业开始拓展新的技能门路试图连续摩尔定律，而现在被视为“救命稻草”的Chiplet概念也由此提出。

赵晓马告诉记者，在后摩尔期间，新集成、新质料、新架构成为行业创新的核心。而在新集成中，就包罗Chiplet和先辈封装，Chiplet由于其高性能、低功耗、高面积利用率以及低本钱受到广泛关注，在FPGA（可编程器件）、GPU（图形处置处罚器）等高性能盘算市场具备很高潜力。

“Chiplet，本质上是一个筹划理念，它将差别工艺、差别功能的模块化芯片，通过封装和互联等方式，像拼接乐高积木一样用封装技能整合在一起，形成一颗芯片。简单来说，Chiplet是小芯片大概说芯粒在封装层面整合的办理方案。”上海奎芯科技产物副总裁王晓阳在继续经济观察网记者采访时表现。

赵晓马以为，Chiplet最大的特点就是从体系的角度来连续“摩尔定律”的经济效益，器件将以多种方式集成，体系空间内的功能密度将连续增长。

“起首，Chiplet可提供较大的性能功耗优化空间，支持面向特定范畴的机动定制。其次，有效提拔信号传输质量和带宽。第三，利用小芯片（具有相对低的面积开销）低工艺和高良率的特性，可以有效低落本钱。第四，可以有效收缩芯片的研发周期及节流研发投入，并低落研制风险。”赵晓马增补说。

在王晓阳眼中，Chiplet作为一条超过摩尔定律的技能路径，对财产链上IP（可复用筹划模块）公司、先辈封装公司、晶圆公司来说，不亚于是一次革命性的改变。

“从前的SoC（体系级芯片）筹划方法学中IP已经筹划成可以复用的，但是形成SoC原型筹划以后该走的软硬件协同验证、后端与物理筹划、流片制造的流程一个也少不了。”王晓阳告诉记者。

“如果是Chiplet的话，只必要直接做一次封装加工就可以用起来，其复用水平远高出现在的IP。”他进一步表明。

Chiplet模式所具有的诸多上风，让各类芯片厂商纷纷加快自身在这一范畴的技能布局。

就在本年3月，包罗英特尔、AMD、台积电在内的10家集成电路范畴的头部厂商发起创建了UCIe财产同盟 (Universal Chiplet Interconnect Express) ，旨在进一步加快Chiplet生态的发展，订定行业间的互联尺度，此中也包罗多家中国大陆半导体公司，比方芯原股份、芯和半导体、长电科技、灿芯半导体等。

据市场研究机构Omdia测算，2021年环球Chiplet市场规模已到达18.5亿美元，预计将来五年仍将以46%的年均复合增长率高速增长，到2035年环球Chiplet市场规模或将高出570亿美元。

国产IP筹划财产受益

“现在在布局Chiplet范畴的A股上市公司有两类，分别是IP筹划公司、先辈封装与封测装备公司。此中，IP筹划范畴的代表公司是芯原股份（688521.SH），封装范畴的代表公司有通富微电（002156.SZ）及长电科技（600584.SH）。”沪上一家大型券商的电子首席分析师王泓告诉经济观察网记者。

记者相识到，Chiplet本质上是一种异构集成，即将差别制程、差别性子的芯片整合在一起，由此也给芯片产物带来了三大挑衅，分别是：芯片带宽不划一导致的信号传输不稳固、Chiplet互连不直接导致的功耗不平衡、Chiplet的堆叠导致的散热标题。

“先辈封装是办理Chiplet异构集成的关键方式，现在行业内紧张的先辈封装工艺有倒装封装、晶圆级封装、2.5D/3D封装以及体系级封装等，尤厥后三者是行业核心。“赵晓马指出。

作为封测范畴领军企业的通富微电在本年的半年报中，曾披露表现：“公司通过在多芯片组件、集成扇出封装（晶圆级封装的一种情势）、2.5D/3D 等先辈封装技能方面的提前布局，可为客户提供多样化的 Chiplet封装办理方案，而且已为AMD大规模量产 Chiplet 产物。”

长电科技也在9月25日于上证e互动复兴投资者称：“得益于团体全资子公司星科金朋在Chiplet 相干技能范畴积累的长期量产履历和大量专利，公司现在拥有效于Chiplet封装的超大尺寸FCBGA（倒装芯片封装）封装技能本领，多层芯片超薄堆叠及互联技能本领，与极高密度多维扇出型（一种低落尺寸与本钱的封装工艺）异构集成技能本领，正在连续推进该技能的生产应用和客户产物的导入。”

而在早前4月份的一场网络调研中，长电科技方面就曾表现，公司2021年先辈封装包罗除打线与测试外的其他封装情势，收入占比已达60%以上。

不外，从上述两家公司的财务表现看，先辈封装的应用，尚未改变其营收规模较小、红利本领较弱的现状。

根据长电科技2022年半年报披露，2022年1月份至6月份，长电科技实现业务收入155.94亿元，同比增长12.85%；实现扣非净利润仅14.09亿元，同比增长50.14%，这一数据相比客岁同期217.62%的增速水平已是大幅放缓。

而通富微电的环境则更不乐观，该公司本年上半年实现业务收入95.67亿元，同比增长34.95%；实现扣非净利润仅3.65亿元，同比降落14.23%。

对于红利水平的降落，通富微电在半年报中归结于“受汇率颠簸影响”。

“由于技能含量较低，对于封测行业，红利本领较弱不绝是个绕不开的话题，但从长期来看，先辈封装有望改变这一现状，随着Chiplet技能的连续落地，先辈封装有望给行业内公司提供富足发展动能。”王泓告诉记者。

别的，王泓指出，相较于封测范畴，国产IP筹划财产在Chiplet的快速发展中受益会更多。

所谓芯片IP，即指芯片中预先筹划、验证好的功能模块，这些模块在芯片筹划过程中可被反复利用，因此，业内也有观点将Chiplet技能称为差别芯片IP间的组合。

“打个形象地比喻，芯片筹划公司必要做满汉全席，而IP就可以看成是一道菜的菜谱，告诉他这道菜该怎么做，而Chiplet则可以看成是这道菜的预制菜，芯片筹划公司仅必要简单加热即可上桌。”王晓阳告诉记者。

“比如我们是做高速互联的IP，可以提供给芯片筹划公司，我们既可以贩卖IP的方式（菜谱），也可以把IP做成Chiplet产物硬件化（预制菜），提供给客户。”他进一步向记者表明说。

赵晓马指出，传统单片体系筹划方式是从差别的IP供应商处购买IP，联合自研模块集成，而在Chiplet模式下只必要购买供应商生产好的Chiplet小芯片，将其封装形成体系芯片即可。

“Chiplet是新的硅片级IP重用模式，在工艺选择、架构筹划上都具有机动性，优化了IP硬核（已成型的功能模块）无法修改导致的复用困难和利用范围较窄的标题。”他分析称。

王晓阳告诉经济观察网记者，其所在公司的IP产物已经乐成在一些着名厂商的7纳米以上工艺节点得到验证并实现量产，现在产物已能涵盖从12nm到180nm的底子库IP，7nm到110nm的接口类IP，以及模仿IP和定制服务。

“现在我们的研发团队﹐正在会合气力自主研发14／12纳米及以下的先辈工艺IP。”王晓阳进一步增补说。

李振则告诉记者，现在数据中心、汽车电子及电脑处置处罚器三大范畴是Chiplet技能的主流应用方向。

“Chiplet的车规级产物落地较快，国产的GPU（图形处置处罚器）、NPU（神经处置处罚单元）、ISP（图像信号处置处罚器）等IP产物已经被广泛应用于车载体系当中，比如辅助驾驶模块，车载大屏等等。”李振说，

王晓阳亦表现，随着汽车财产智能化和网联化水平的不停进步，汽车主动驾驶和智能座舱接纳了复杂的SOC芯片，盘算/感知/实行都必要更快的数据传输本领给予支持，而Chiplet可以大幅简化汽车芯片迭代时的筹划工作和车规流程，同时增长汽车芯片的可靠性。

国产IP行业的龙头芯原股份在2022年的半年报中分析称：“在汽车‘缺芯’潮的配景下，大众、福特、通用、北汽、比亚迪等传统汽车制造企业和特斯拉、小鹏、蔚来、理想、零跑等新能源汽车厂商纷纷表现将要自主筹划汽车芯片，这种趋势为集成电路筹划财产中半导体 IP 和芯片筹划服务的发展扩展了市场空间。”

根据行业研究机构Statista的数据表现，2020 年环球汽车电子市场规模约为2180亿美元，到2028年有望到达4000多亿美元，增长逾80%，年复合增长8%左右。

但值得注意的是，现在在IP筹划范畴也仍旧存在“卡脖子”的征象。

“现在环球紧张的IP供应商来自英美，尤其是在高速互联IP，高端CPU、GPU等核心IP范畴，国际大厂已经形成了较高的技能壁垒。国内IP企业固然正在向国际领先IP厂商全面追赶，但行业团体根本还较为单薄。”王晓阳告诉记者。

他指出，现在在IP范畴的国产化率还比力低，在高速接口IP，高端GPU/CPU IP范畴的国产化历程仍处于起步阶段。外洋芯片巨头在Chiplet范畴也较为领先。

在他看来，近几年国内芯片筹划的水平进步非常显着，但更多还范围在“怎样把芯片筹划完成并落地”。

“IP筹划属于财产链上游，所要办理的是工程标题而不是科学标题，而工程标题必要财产链上鄙俚举行磨合，必要客户资助发现、办理标题，以举行迭代。以是，国产IP只要有时机去不停实行、突破，黑白常有时机赶超的。”王晓阳进一步增补说，

绕不开的先辈制程

10月7日，美国商务部财产安全局（BIS）再度出台了对华半导体出口限定步调，旨在进一步限定国内得到先辈盘算芯片、开辟和维护超等盘算机以及制造先辈半导体的本领。

在美国商务部财产安全局官网上，经济观察网记者梳理了这份管制新规的紧张内容，此中，BIS表现，将对目标地为中国的半导体制造办法且能制造符合特定尺度的集成电路之物项，增长新的允许证要求，允许证的相干阈值如下：非平面晶体管布局16nm或14nm或以下（即FinFET或GAAFET）的逻辑芯片半间距18nm或以下的DRAM存储芯片；128层或以上的NAND闪存芯片。

别的，记者还注意到有一项条款，将限定美国职员在没有允许证的环境下支持位于中国的某些半导体制造办法集成电路开辟或生产的本领。

“其着实10月从前，圈内就连续有美国要加码制裁的听说了，但是在真的看到条款内容时，我照旧很惊奇，这是一次全方位的封杀，我们学校一些学弟都跑来咨询我环境怎么样，要不要转专业。”李振在电话中告诉记者。

而在美国连续加码限定中国半导体财产的配景下，通过Chiplet技能能绕开先辈制程限定的观点开始风靡于市场中。

“这种观点大抵意思是，将多个接纳低工艺制程的模块，比如22nm工艺的模块拼装在一起，从而到达7nm工艺芯片的性能。”李振说。

在李振看来，如许的做法逻辑上确实可行，也已有部分厂商接纳了此类方案，但该方案在经济效益上却存在肯定标题。

“这种方案只能说应急，但绝不是正道，用低工艺攒出来的产物，只能说靠近先辈制程芯片的部分性能，不大概完全到达划一性能，还会带来本钱的上升。”他说，

王泓亦向记者表现，这种“曲线救芯”的方式，本质上是通过偏封装层面的技能实现，但底层制造工艺才是决定芯片性能上限的核心要素。

“光靠Chiplet没办法超车，而且在Chiplet范畴我们也不领先，你可以通过几个14纳米模块的接洽把性能往上提一提，但在划一面积下，肯定是比不外7nm的，先辈制程是绕不开的，以是美国现在完全不让你买先辈制程的产物，确实给财产带来不小的贫苦。“王泓说。

他以为，中国大陆的半导体行业，通过Chiplet实现弯道超车，绕开先辈制程的说法，更像是一种感情的开释，“迩来的市场太必要一些好消息了。”

赵晓马也告诉记者，Chiplet模式的出现背后是摩尔定律越来越靠近极限，在如许的配景下，半导体的技能进步比原来更难也更慢了，这自己对于国内半导体财产的追赶是一个好消息。而Chiplet这个技能通过先辈封装来实现，不必要光刻机，这对于企业而言也是好消息。

“除了好消息外，我们也要看到，现在Chiplet这块的竞争者是原来的顶级晶圆厂，台积电、三星和英特尔，他们也各自有核心技能的积累，比方台积电的Hybrid Bonding技能，难度极高。”赵晓马向经济观察网记者表现。

（应受访者要求，文中王泓为化名）