3月份，Intel、台积电、三星、日月光、AMD、ARM、高通、Google、微软、Meta(Facebook)等行业巨头联合，推出了全新的通用芯片互联标准——UCle。

几乎同一时间，中国芯片厂商芯动科技(Innosilicon)宣布，率先推出国产自主研发的物理层兼容UCIe国际标准的IP解决方案“Innolink Chiplet”，是国内首套跨工艺、跨封装的Chiplet连接解决方案。

根据芯动科技官方最新消息，该方案已经在先进工艺上量产验证成功！

Chiplet(小芯片/芯粒)技术的核心是多芯粒(Die-to-Die)互联，利用更短距离、更低功耗、更高密度的芯片裸Die间连接方式，突破单晶片(monolithic)的性能和良率瓶颈，降低大规模芯片的开发时间、成本、风险，实现异构复杂高性能SoC的集成，满足不同厂商的芯粒之间的互联需求，达到产品的最佳性能和长生命周期。

Intel、AMD、NVIDIA、苹果等新品巨头都有了此类产品，台积电等代工厂商也在推进相关工艺技术，但实现路径、技术标准各不相同。

UCIe标准就是把它们统一起来，实现不同IP芯粒之间的高速互联，将芯片设计公司、EDA设计厂商、代工厂商、封测厂商等上下游产业链联合在一起。

芯动科技称，自己在Chiplet技术领域积累了大量的客户应用需求经验，并且和台积电、Intel、三星、美光等业界领军企业有密切的技术沟通和合作探索，两年前就开始了Innolink的研发工作，率先明确Innolink B/C基于DDR的技术路线，2020年首次向业界公开Innolink A/B/C技术。

Innolink的物理层与UCIe的标准保持一致，成为国内首发、世界领先的自主UCIe Chiplet解决方案。

从0到1，见证国产芯片行业起步

去年11月底，芯动科技正式发布了国产显卡GPU——“风华1号”，面向桌面、服务器市场，分别是中国第一款支持4K高性能信创的桌面显卡GPU、中国第一款服务器级显卡GPU，实现了两大应用场景从0到1的突破。

为助力破解我国在高端芯片领域的“缺芯之痛”，芯动科技创始人敖海主动辞去硅谷的高薪工作，回国创业，由此开始了在芯片核心技术授权领域十年如一日的耕耘。

2006年，对敖海来说是事业的重新清零。当时他在美国硅谷除了芯片研发，还对接过代工厂和客户优化产品场景落地，在企业的实地走访中，“我发现国外技术企业对国内工艺支持较差，一般国内代工厂通常会晚于美国企业半年到一年才能拿到一些核心IP，这也造成国内芯片企业的制造、生产、设计，均处于资源落后和低水平运作状态。”

敖海想改变该局面，萌生了回国创业的想法，但现实很快给他浇了一盆冷水。企业办起来了，然而，当时政策和市场对国产自有芯片和IP品牌的支持力度并不大。“很多企业们长期依赖国外大厂，对国内技术提供商不信任，虽然这些技术在国内很‘稀缺’，国外大厂对国内服务也不好，更不谈针对国产场景定制，但他们宁愿花高价去买国外的技术免责，也不愿意在国内去培植生态。”“刚开始的两年，我们发工资都很困难，最紧张的时候我个人贷款给员工发过工资，自己没领过一分钱。”

但敖海并未想过放弃，他说自己当时唯一的信念，就是可以通过他和伙伴们的努力改变中国IP受制于人的历史，特别是中国先进工艺IP受制于人的历史。

Chiplet适用哪些领域？谁先迈出第一步？

尽管优势突出，但要Chiplet能够实现商业化实施也需要一个好的商业模式。Omdia数据预测，Chiplet市场规模到2024年将达到58亿美元，2035年则将超过570亿美元。在这个预测即将起飞的市场中，仍然仅有少数几家行业巨头的高性能CPU/GPU等产品有能力使用Chiplet，未来该技术的应用前景又将出现在哪些领域？

芯和半导体市场部负责人认为，相较之下AI人工智能、HPC高性能计算对于芯片的设计规模要求最高，这两个领域对于Chiplet技术的尝试会更加迫切，这也解释了在UCIe联盟中英特尔、AMD、Arm这些芯片厂商都是首批参与者。

“大家可以看见，无论是英特尔在ISSCC 2022呈现的Ponte Vecchio处理器，还是不久前苹果发布的M1 Ultra芯片，都使用了Chiplet技术，而且AMD的Chiplet CPU也被证明是非常成功的产品。”高专认为，“从国内企业来说，做高性能CPU、GPU和大型AI芯片的公司，将会是首先使用Chiplet技术的企业。”

戴伟民进一步总结和预测了Chiplet的主要应用前景，他认为平板电脑应用处理器，自动驾驶域处理器，数据中心应用处理器将会是Chiplet率先落地的应用领域。“平板电脑处理器需要集成各种不同功能的异构处理IP，自动驾驶域处理器需要高可靠性并能够迅速迭代，数据中心处理器也用集成多种通用的高性能计算模块。”他指出，“特别是自动驾驶应用，Chiplet的设计方法学可以大幅提升汽车芯片的迭代效率，降低单颗芯片失效可能带来的安全隐患，并且不需要每次迭代升级都重新设计一颗大芯片、重新走车规认证，因此提升了汽车芯片上市时间和可靠性。”

他还指出，并不是所有芯片都适合使用Chiplet，不要为了拆分而拆分；不少情况下单颗集成的系统芯片, 如基于FD-SOI工艺集成射频无线连接功能的物联网系统芯片，会更有价值。如果像苹果M1 Ultra一样所有裸芯都是采用前沿工艺的大芯片“切分”，事实上对其他厂商没有借鉴意义。“苹果M1 Ultra可以说并不是一个design-for-Chiplet的概念，对于大多数通用平台而言，应该是不同IP模块基于5nm到22nm范畴内不同工艺制程的产品架构规划，通过如积木一般的‘拼搭’实现媲美整颗芯片都采用先进制程的性能，也就是说，不需要每个模块都使用先进制程。”

更为重要的是，在没有经验可遵循的眼下，Chiplet供应商和终端应用客户都在观望，谁先迈出第一步，这是一个先有鸡还是先有蛋的问题。“我们作为IP供应商、设计服务商的考虑是，Chiplet的一次性工程（NRE）费用应该由谁承担；终端应用客户的顾虑是，Chiplet产品未被验证过，可靠性和性价比如何？是否有足够的IP模块可以使用？”戴伟民表示，“在这种互相观望的情况下，Chiplet上游不能确定应用场景，也就对芯片定义无从下手。”

不过他也透露，目前大陆地区基于先进制程的芯片项目已经非常多，芯原正在与有意向使用Chiplet的企业积极沟通，并尝试探索向潜在客户“众筹”Chiplet的方案，有望尽快打破僵局。而且如果UCIe的规范能在行业巨头的带动下迅速推广开来，那国内的项目立马就能跟进。

朱勇补充说，国内很多明星初创企业的大芯片项目，都会采用Chiplet技术，包括GPU、AI芯片以及自动驾驶大芯片，都没法绕开Chiplet而仅依赖制造工艺提升性能，一方面是成本太高，另一方面是良率也不会太好。

国内厂商如何参与Chiplet生态？

Chiplet俨然已经成为当今大厂主导的新竞赛，国内厂商可以从哪些角度切入这个生态系统？目前已经有一些厂商做出了积极的部署。

作为中国大陆排名第一的半导体IP供应商，芯原拥有图形处理器IP、神经网络处理器IP、视频处理器IP、数字信号处理器IP、图像信号处理器IP和显示处理器IP等六大类处理器IP核，并具备领先的芯片设计能力，近年来一直致力于Chiplet技术和产业的推进，并提出了IP芯片化（IP as a Chiplet，IaaC）和芯片平台化（Chiplet as a Platform）两大设计理念。

戴伟民解释，IP芯片化旨在以Chiplet实现特殊功能IP的“即插即用”，解决5nm及以下先进工艺中性能与成本的平衡，并降低较大规模芯片的设计时间和风险，在这一设计理念下的芯片产品中的ISP、NPU、VPU、GPU和CPU等各个计算单元与片上缓存、接口等将基于不同的工艺制程。芯片平台化则通过添加或删除Chiplet来创建具有不同功能集的不同芯片产品，基于该理念芯原在去年采用Chiplet架构设计推出了一个高端应用处理器平台，从定义到流片仅用了12个月，工程样片在回片当天即被顺利点亮，并在样机中顺利运行了Linux/Chrome操作系统、YouTube、安卓游戏等应用。目前该产品12nm SoC版本正在自动驾驶域控制器上开展验证工作，并正在进行Chiplet版本的迭代。“这些年芯原在Chiplet项目上所作出的努力，不仅促进了Chiplet的产业化，而且把芯原的半导体IP授权业务和一站式芯片定制服务业务推上新的高度。芯原有可能是全球第一批面向客户推出Chiplet商用产品的企业。”

另一家IP/芯片定制一站式供应商芯动科技认为，Chiplet在高性能大算力新品领域成为主流的可能性非常大，尤其对当前突破AI和CPU/GPU等大型计算芯片的算力瓶颈具有重要战略意义，也是解决我国高质量发展进程中晶圆工艺“卡脖子”难题的关键技术之一。该公司也在2020年率先推出中国自主标准的Innolink Chiplet技术，在其去年发布的首款国产高性能4K级显卡GPU芯片“风华1号”首次成功实施了该技术，通过将两颗GPU联接，实现了性能翻倍。

高专表示，芯动科技在Chiplet互联技术领域耕耘多年，目前已推出Innolink A/B/C三种Chiplet互联技术，并在产品中得到使用，支持了高性能CPU/GPU/NPU芯片的异构实现。“更重要的是，Innolink Chiplet在设计过程中早就考虑到了跨兼容性的问题，有着足够的通用性。虽然大部分大型芯片公司的互连标准都是自己定义的私有协议，但是芯动早期已经与众多合作厂商进行了合作和授权，建立了一套既能兼容并包，又能在专业领域进行特别效率优化的协议标准。”他强调，“受益于其通用性和灵活定制，已获得了大量的商业验证，除了我们自己在用，还赋能了多个客户规模量产，而我们在多个工艺节点都有布局，能够给客户提供一站式定制。”

值得一提的是，在2020年9月，芯动科技就曾作为发起单位，与中国科学院姚期智院士一起启动了中国Chiplet产业联盟，就是为了加强国产Chiplet技术标准的应用和推广，以及跟国际标准之间的兼容。

“我们注意到，UCIe规范中有标准封装和先进封装两种规格，并且这两种规格同芯动科技的Innolink B和C在思路和技术架构非常类似，都是针对标准封装和先进封装单独定义IO接口，都是单端信号，都是forward clock。基于Innolink B/C，芯动科技会迅速推出兼容UCIe两种规格的IP产品，赋能国内外芯片设计公司，帮助合作的芯片公司快速推出兼容UCIe标准的Chiplet产品。”高专解释。

需要注意的是，EDA设计工具对Chiplet的发展也起到了基石的作用。在这方面，国产EDA领军企业芯和半导体在去年8月底与新思科技联合发布了“3DIC先进封装设计分析全流程”EDA平台，其中的Metis是一款应用于裸芯片、3DIC、Chiplet及先进封装联合仿真的EDA仿真平台，可以与3DIC Compiler设计环境无缝集成，形成业界独一无二的3DIC设计、仿真、验证解决方案。

芯和半导体市场部负责人表示，该仿真平台允许用户跳过传统建模工具的繁琐配置，并通过考虑关键区域的整个物理环境来快速精准地实现仿真设计的优化；Metis内嵌的三维全波高精度电磁仿真引擎MoM Solver可以涵盖DC-THz的仿真频率，完全满足异构集成中高速高频等应用的精度要求，并可以完美支持纳米到厘米级别的跨尺度仿真；同时该仿真平台还集成芯和独创的Absorbing Fence，Magnetic Current和Mesh Tunneling等核心技术，可以在保证精度的前提下，实现超大规模异构封装的仿真需求。

不得不承认的是，国内很多公司仍然依赖于新思科技、Arm等公司的“保姆式”服务，尤其在Chiplet领域积累十分薄弱。朱勇指出，即使一些设计公司可能拥有开发自己的Chiplet和IP的资源，但即使是较大的公司也负担不起内部开发所有IP的费用，他们可能希望采购第三方IP以节省时间和成本。在当前的Die-to-Die接口标准中主要包括AIB、OpenHBI、BoW等，其中OpenHBI能提供最高边缘密度的标准，非常适用于必须在两个Chiplet之间传输极高带宽的应用。它可达到每引脚8Gbps的速度，在最大数据速率下可以达到3mm的最大互连长度并实现小于或等于0.5pJ/bit的功耗目标。

在这方面，新思科技可提供一系列Die-to-Die IP，包括高带宽互联 (HBI) 和基于SerDes的PHY和控制器等等，DesignWare® HBI PHY IP支持多种标准，包括AIB、BoW和OpenHBI。该IP实现了一个宽并行和时钟转发的PHY接口，以先进的2.5D封装为目标，以利用基于内插器的技术中更精细的芯片到芯片连接。另一方面，新思科技的3DIC Compiler，为Chiplet的集成提供了统一的平台，为3D可视化、路径、探索、设计、实现、验证及签核提供了一体化的超高收敛性环境，能够将系统级信号、功耗和散热分析集成到同一套紧密结合的解决方案中。

朱勇强调，国内半导体产业链积极参与到Chiplet生态中，不仅可以提升原有主营业务，同时也能通过提升技术实力而提供更多的增殖服务。“例如IP公司能够在传统的软IP、接口IP等基础上，提供硬的、die级别的IP；封装厂可以从传统的基板层面的PCB封装，切入到硅片级别的封装；芯片公司也能受益于模块化而更快更好地推出应用级的芯片。”他指出，“但是，对于设计公司而言，就需要具备更复杂的大芯片系统架构规划和设计能力，从更高维度，系统地来分析、设计和测试的能力。这也需要新思科技等EDA公司来提供强有力的定义完整的设计流程以及研制配套的设计辅助工具，以帮助他们提升生产效率。”

文章来源：爱集微，羊城派，快科技