半個多世紀(jì)以來，半導(dǎo)體技術(shù)一直默默支撐著科技變革的潮流。可以說，半導(dǎo)體性能、能耗和成本的不斷優(yōu)化，使一個個智能產(chǎn)品得以成為現(xiàn)實，同時，全球半導(dǎo)體也形成了當(dāng)前較為穩(wěn)固的分工模式和產(chǎn)業(yè)格局。
不過，行路至此，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正處于大變局中：一方面，摩爾定律在不斷逼近極限；另一方面，地緣政治裹挾下的全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，原有的分工合作面臨著不確定性。此外，疊加疫情、全球通脹等所有動蕩因素，一個巨大的問號浮現(xiàn)——全球半導(dǎo)體長期穩(wěn)定的合作，何以為繼？
行業(yè)在尋求共同的樂觀？
近日，美國政府最終通過了《2022年芯片和科學(xué)法案》，同時提議與韓國、日本和中國臺灣地區(qū)組建“芯片四方聯(lián)盟”（Chip4），“以競爭之名，行遏制之實”的意圖基本坐實。
不過，也未必所有的事情都那么悲觀。
就在本月初，UCIe（通用芯粒高速互連）聯(lián)盟官宣：新增阿里巴巴和英偉達兩家董事會成員。截至目前，UCIe聯(lián)盟已經(jīng)吸納了12家行業(yè)巨頭，值得一提的是，阿里巴巴是首個來自中國大陸的董事會成員。
UCIe的背景
幾十年來，半導(dǎo)體行業(yè)一直按照摩爾定律的規(guī)律發(fā)展著，芯片制造商憑借工藝技術(shù)的迭代，每18個月使芯片性能提升一倍。但隨著近年來先進工藝逐步演進到3nm、2nm，用提升晶體管密度來提高性能的做法遇到了瓶頸，摩爾定律開始放緩甚至停滯。業(yè)界開始思考將不同工藝的模塊化芯片，像拼接樂高積木一樣用封裝技術(shù)整合在一起，在提升性能的同時實現(xiàn)低成本和高良率，這就是Chiplet的思路。
為了定義封裝內(nèi)芯粒（Chiplet）之間的互連，實現(xiàn)封裝層級的開放芯粒生態(tài)系統(tǒng)和普遍的互連標(biāo)準(zhǔn)，最初，英特爾基于開放的高級接口總線（AIB）工作基礎(chǔ)，開發(fā)了UCIe標(biāo)準(zhǔn)，并將其作為一個開放規(guī)范，捐贈給聯(lián)盟的創(chuàng)始成員。
UCIe聯(lián)盟正式成立于2022年3月，旨在構(gòu)建芯粒（chiplet）技術(shù)在芯片上的互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，初始董事會成員共有10位，包括英特爾、AMD、高通、臺積電、三星、Arm、微軟等。這些成員覆蓋芯片代工廠、IP供應(yīng)商、芯片設(shè)計、云廠商等等，基本都是科技行業(yè)各自領(lǐng)域的頂級玩家，初始就具備了一個小型生態(tài)的閉環(huán)。
和常規(guī)的公司架構(gòu)一樣，董事會是UCIe聯(lián)盟的最高管理層，可以決定聯(lián)盟的決策及領(lǐng)導(dǎo)作用。那么，阿里巴巴加入該聯(lián)盟董事會，意味著什么？當(dāng)全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)陷入地緣政治所帶來的紛亂時，我們當(dāng)然希望UCIe能推動開放合作，那么，它究竟能否成為全球半導(dǎo)體關(guān)系的“粘合劑”？進而再說一步，它能否成為改變半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)未來合作走向的關(guān)鍵一步？
Chiplet生態(tài)，開放是關(guān)鍵
未來的芯片很可能就是“你中有我，我中有你”的狀態(tài)，不同工藝的、不同供應(yīng)商的芯粒被連接在一起，再封裝成一顆大的芯片，從而實現(xiàn)性能、成本的最佳化。在這一方案中，芯粒之間的高速通信非常重要，這也就有了上文提到的UCIe聯(lián)盟的成立背景。英特爾稱，與封裝外的SerDes相比，該規(guī)范以1/20的功耗提供了20倍的I/O性能。
對于Chiplet生態(tài)，充分的開放性非常重要。
要實現(xiàn)更大范圍的應(yīng)用，需要混合來自多家芯片廠商或多個工藝節(jié)點的裸片，可能會涉及到多家各種功能芯片的設(shè)計、互連、接口，如何界定這些裸片的互聯(lián)協(xié)議和接口標(biāo)準(zhǔn)?
在UCIe聯(lián)盟建立之前，行業(yè)并沒有一個統(tǒng)一的規(guī)范，眾多的芯片廠商此前都在發(fā)展自己的互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，如Marvell在推出模塊化芯片架構(gòu)時采用的Kandou總線接口;英偉達用于GPU高速互聯(lián)的NVlink；英特爾的AIB高級接口總線協(xié)議;臺積電和Arm合作推出的LIPINCON協(xié)議；AMD也有Infinity Fabrie總線互聯(lián)技術(shù)，以及用于存儲芯片堆疊互聯(lián)的HBM接口等等……但是，沒有統(tǒng)一的規(guī)范，Chiplet生態(tài)很難壯大。
業(yè)界對Chiplet最早產(chǎn)生需求、或者說獲益最大的領(lǐng)域，始于HPC/數(shù)據(jù)中心，雖然現(xiàn)在還不到討論Chiplet“大規(guī)模普及”的時候，但是從半導(dǎo)體一直以來的規(guī)模效應(yīng)來看，未來“應(yīng)用數(shù)量”一定是Chiplet走向普及的必經(jīng)之路。而“數(shù)量”往往來自于更多的產(chǎn)品應(yīng)用，特別是主流消費產(chǎn)品，如果Chiplet方案從成本、功耗以及外形尺寸都能滿足需求的話，業(yè)界自然會轉(zhuǎn)向這一方案。
這也意味著，方案的多樣性、可選擇性就會成為必然趨勢，所涉及到內(nèi)部芯粒的類型和數(shù)量可能會更多，一種通用的、可預(yù)測的互連方式就更加會成為必然。從以上這些層面來看，UCIe聯(lián)盟的“納新”也就容易理解了。
新增成員
為什么是英偉達和阿里巴巴？
英偉達和阿里巴巴的加入，使得UCIe增加了一個在GPU和AI領(lǐng)域的大型軟硬件方案供應(yīng)商，以及一個從底層軟硬件到云服務(wù)、生態(tài)系統(tǒng)完善的大型云廠商。
圖源 | Nvidia
英偉達在今年春季GTC上推出了Grace CPU 超級芯片，就是采用了兩個 CPU 組成、通過NVLink-C2C互連的設(shè)計方案。
當(dāng)時，筆者曾就英偉達對互連技術(shù)的路線、規(guī)劃，以及對UCIe的態(tài)度詢問了黃仁勛的看法。黃仁勛表示，他第一喜歡PCIe，英偉達非常依賴于PCIe，可以說沒有PCIe就沒有英偉達，未來還是會盡可能多地使用PCIe；第二喜歡UCIe，就像PCIe一樣，它更節(jié)能、速度更快，之后會逐漸體現(xiàn)出優(yōu)勢，他預(yù)測，五年內(nèi)這些好處會逐漸顯現(xiàn)。他同時也肯定了英偉達自己的NVlink互連技術(shù)，稱其優(yōu)勢在于直連能力。而UCIe不能直接接入芯片，它仍然是一個外設(shè)接口。
這一解答已經(jīng)表明了英偉達放眼整個生態(tài)的異構(gòu)集成布局。
還有，為什么是阿里巴巴？這其實涉及到中國云廠商在Chiplet領(lǐng)域的能力和未來的進一步發(fā)展。
首批加入UCIe聯(lián)盟的云廠商，包括Google云、Meta、微軟，與上游的IP、芯片設(shè)計或晶圓制造廠商不同，他們擁有龐大的用戶群，可以將聯(lián)盟中獲得的進展提供給用戶，同時能夠得到用戶的反饋，從而得到反復(fù)的驗證和優(yōu)化。
阿里巴巴的加入其實并不意外，放眼全球市場，阿里云都占有一席之地；其次，阿里重視自研芯片，較早就開始了數(shù)據(jù)中心芯片的定制工作，也是積極的Chiplet技術(shù)使用者；再次，阿里云從2017年開始投入建設(shè)的震旦異構(gòu)計算開放平臺（HALO/ODLA），因其可裁剪可擴展的輕量級接口、極簡的內(nèi)存足跡和內(nèi)稟的異構(gòu)并行支持，被認為適宜作為Chiplet加速系統(tǒng)的軟硬協(xié)同計算平臺；最后，阿里巴巴龐大的商業(yè)生態(tài)系統(tǒng)有很大影響力，包括芯片、云服務(wù)等領(lǐng)域的相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)。
UCIe是否利好國產(chǎn)半導(dǎo)體？
圖源 | 3DInCites
美國簽署芯片法案前后，國內(nèi)A股Chiplet概念股連續(xù)大漲。
Chiplet有助于提高制造良率、降低設(shè)計難度和制造成本，在國際大背景和我國現(xiàn)有工藝水平的基礎(chǔ)上，被認為是一種可行的技術(shù)途徑：
首先，芯片的良品率方面，隨著芯片面積增大，良品率會下降，而通過Chiplet設(shè)計將大芯片分成更小的芯片可以有效改善良率，同時也能夠降低因為不良率而導(dǎo)致的成本增加；其次，在芯片設(shè)計階段，如果將大規(guī)模SoC按照不同功能模塊分解為一個個芯粒，那么部分芯粒可以做到類似模塊化的設(shè)計，而且可以在不同的芯片產(chǎn)品中復(fù)用，不僅可以降低芯片的設(shè)計難度和設(shè)計成本，同時也有利于后續(xù)產(chǎn)品的迭代，加速產(chǎn)品的上市周期。
華為原輪值董事長郭平就曾在2021年年報發(fā)布會上提及，在先進工藝不可獲得、單點技術(shù)遇到困難的情況下，華為在積極尋找系統(tǒng)的突破。華為常務(wù)董事汪濤后來也進一步明確，華為已經(jīng)在2019年申請了基于芯片3D堆疊、3D封裝或稱之為chiplet技術(shù)方面的專利，來實現(xiàn)在制程相對可能不是那么領(lǐng)先的情況下做出領(lǐng)先的芯片或者系統(tǒng)。
阿里巴巴以董事會成員的身份加入UCIe，無疑提振了國產(chǎn)半導(dǎo)體的士氣。但事實上，在此之前，我國大陸地區(qū)已經(jīng)有一批廠商加入了UCIe聯(lián)盟，比如：半導(dǎo)體IP供應(yīng)商芯原、先進工藝定制芯片設(shè)計和一站式解決方案提供商芯云凌、Chiplet產(chǎn)品及服務(wù)提供商奇異摩爾、先進工藝IP企業(yè)芯耀輝、高性能通用CPU初創(chuàng)企業(yè)超摩科技等等，這些企業(yè)無一不是看好Chiplet生態(tài)、以及推進與國際大廠兼容且匹配國產(chǎn)定制需求的Chiplet方案的發(fā)展前景。
國產(chǎn)半導(dǎo)體該為UCIe歡呼嗎？
對于UCIe的出現(xiàn)和中國大陸廠商的加入，或許可以從以下幾方面來看待：
首先，UCIe確實代表了Chiplet更進一步的發(fā)展需求和成果，是產(chǎn)業(yè)邁向成熟的標(biāo)志；其次，標(biāo)準(zhǔn)體系涉及到產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)間的協(xié)調(diào)，需要設(shè)計、制造和封測企業(yè)高度配合，我國大陸地區(qū)廠商在這方面的基礎(chǔ)還較為薄弱，仍需要繼續(xù)提升；第三，如何在巨頭林立的聯(lián)盟成員中，提升參與感，有可能是一些中小企業(yè)會面臨的挑戰(zhàn)；第四，我們當(dāng)然希望這是行業(yè)玩家之間單純的開放合作，以及共同迎接挑戰(zhàn)的決心，但是，仍要做好抗沖擊的準(zhǔn)備。
未來，不論是技術(shù)路線本身，還是產(chǎn)業(yè)外部大環(huán)境所致，還有太多的變量需要消耗。這些挑戰(zhàn)要么是前所未有的，要么是從未如此嚴(yán)峻地顯現(xiàn)出來。
在國內(nèi)Chiplet相關(guān)企業(yè)紛紛涌入賽道的同時，互連接口、架構(gòu)設(shè)計和制造及先進封裝等方面都有新興技術(shù)出現(xiàn)。Chiplet技術(shù)不但將改變傳統(tǒng)SoC的設(shè)計方式，其產(chǎn)業(yè)鏈的成型將更需要EDA、IC設(shè)計、制造工藝、先進封測等產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)更為緊密地凝聚，也可能帶來一場從底層開始的、顛覆式的創(chuàng)新革命。
作為延續(xù)摩爾定律的關(guān)鍵，Chiplet的發(fā)展為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)帶來了新的發(fā)展契機，但轉(zhuǎn)向2.5D、3D也提高了芯片設(shè)計和制造的復(fù)雜度，需要更為完善、開放的產(chǎn)業(yè)生態(tài)為支撐。這一次，中國半導(dǎo)體需要更全面、根基更牢固的準(zhǔn)備。
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