Chiplet的技术发展之路：从高端部件到普及

芝能智芯出品

半导体行业技术的不断进步，小芯片（Chiplet）设计逐渐崭露头角，并展现出在高性能计算领域的广阔前景。从最初的高端部件到未来的普及应用，小芯片的技术演变与市场需求密切相关。

对小芯片技术的现状与未来发展进行深度分析，探讨其在高性能计算、人工智能以及其他低成本应用中的潜力，并结合最新的技术趋势，展望其在半导体产业中扮演的角色。

备注：第三届Chiplet 峰会，Jim Handy 的演讲题目是“当今的 Chiplet 市场以及我们的发展方向”

Part 1

小芯片技术的现状与背景

小芯片设计的概念并非近年才有，其早在60年前便在摩尔定律的创立者戈登·摩尔的论文中有过预示，在1965年的经典论文中提到，“用单独封装和互连的较小功能构建大型系统可能更具经济性。”

这为小芯片设计的未来发展埋下了伏笔。过去几十年，半导体行业主要依赖于集成电路的微缩来提升性能，但在当前制造技术的限制下，基于小芯片的设计逐渐成为解决性能瓶颈的有效途径。

随着芯片尺寸的限制越来越明显，尤其是晶圆尺寸的提升受到成本和技术因素的制约，越来越多的高性能计算平台开始采用小芯片技术。

例如，AMD与Xilinx的Versal系列采用了基于多个小芯片的设计方式，通过在同一封装内集成不同功能的芯片模块，提升了整体的系统性能和制造效率。

随着AI应用对计算性能的极高需求，小芯片技术被广泛应用于高带宽存储（HBM）等高端应用中。

AMD、NVIDIA等公司已经在其产品中实现了芯片模块的异构集成，使得这些高性能部件能够满足更复杂计算任务的需求。预计到2025年，HBM的产量将供不应求，进一步推动小芯片技术在高端市场的应用。

Part 2

小芯片技术

的未来发展与市场前景

随着小芯片技术的不断成熟，越来越多的应用场景开始出现。在高性能计算领域，小芯片的经济效益尤为突出。

在过去，芯片的高成本主要体现在每个单元的工艺要求上，尤其是在先进节点工艺中，SRAM和模拟电路的成本逐渐增加，这使得大规模单片集成变得不再经济。

相比之下，采用小芯片设计可以将不同功能模块分开制造，并通过互连技术将它们组装成一个完整的系统，降低了整体的制造成本，同时保持了高性能。

AMD和NVIDIA等公司采用的多芯片模块（MCM）设计已经证明了小芯片技术在性能与成本之间的平衡。尤其是在台积电的5nm工艺中，AMD通过将处理器与7nm SRAM缓存堆叠在同一芯片上，成功优化了芯片的成本与连接性能。

未来，随着混合键合（Hybrid Bonding）技术的发展，芯片之间的连接将更加紧密，为小芯片设计的广泛应用奠定了技术基础。

高性能计算领域，低成本的异构集成应用也为小芯片提供了广泛的市场机会。以Humane Society Pen为例，这一低成本应用展示了小芯片在较低价格段市场中的潜力。

尽管目前基于小芯片的低端应用尚未完全实现规模化，但随着技术的不断演进，预计这一市场将在未来几年迎来爆发式增长。

根据Jim Handy的预测，未来五年内，尽管超大规模企业的资本支出将有所下降，但小芯片的收入仍将持续增长，尤其是在高端应用之外的其他市场领域。

随着芯片设计和生产工艺的不断优化，小芯片将能在更多领域中获得应用，推动整个半导体行业的发展。

小结

小芯片技术的崛起标志着半导体行业的一次重大变革，为解决高性能计算中的瓶颈提供了新的思路，也为更广泛的应用场景提供了技术支持。

从高端计算到低成本异构集成，小芯片的应用场景正在不断扩大，预计在未来的几年里，将成为半导体产业的重要组成部分。

小芯片设计的经济效益逐渐显现，尤其是在制造成本和性能优化方面的优势，使得更多企业和研发团队开始探索基于小芯片的设计方法。

小芯片技术的全面普及，还需解决一些挑战，包括制造工艺、芯片间互连、以及如何高效地进行多芯片模块的集成等问题。