Chiplet究竟能否解決我國卡脖子難題?

2020-12-06 手機鳳凰網

2020年7月8日,具有歷史意義的一天,作為AI計算架構的代表英偉達市值達到2480億美元,超過傳統計算架構寡頭Intel 2460億美元市值,而五年前,英偉達的市值僅為Intel的1/10。這預示著新架構和新產業正勢不可擋的快速崛起。

作為一種晶片級IP整合重用技術,Chiplet技術近年來受到廣泛的關注。與傳統的單晶片(Monolithic ASICs)集成方式相比,Chiplet異構集成技術在晶片性能功耗優化、成本以及商業模式多方面具有優勢和潛力,為CPU、FPGA以及網絡晶片等多領域晶片的研製提供了一種高效能、低成本的實現方式。 Chiplet技術涉及的互連、封裝以及EDA等關鍵技術和標準逐漸成為學術界和工業界的研究熱點。

10月22日,由中國計算機協會(CCF)主辦的計算領域年度盛會中國計算機大會(CNCC)在北京隆重召開,會議針對Chiplet技術特設了主題技術論壇。來自中科院、新思科技、摩爾精英等機構企業的專家學者共同探討Chiplet技術以及對未來晶片產業的影響。

國內Chiplet的發展成果和布局

中科院計算所副研究員王穎博士在開場就談到了Chiplet的意義。他談到,從技術意義上來看,Chiplet是晶片生產與集成技術發展的趨勢,它所依賴的2.5D封裝或者3D堆疊技術具有低半徑高寬帶的物理連接特性,較低的數據搬運開銷以及更高的電晶體集成度;從工業意義上來講:Chiplet同時也是一種新的設計/商業模式,相比復用IP的單片SoC以及真三維晶片,Chiplet具有成本優勢;再者通過復用現有Die,它還具有開發敏捷度優勢;通過集成Known-good Die,能提升大規模晶片良率;另外通過異質集成還能降低對工藝的依賴。

當然Chiplet還面臨著諸多挑戰,例如在封裝技術與生產工藝、EDA工具鏈、熱耗散,時鐘與功耗運輸網絡、片上互聯(NoC)或Interposer上互聯、Chiplet間接口與協議標準化、Chiplet模塊的DFT、驗證、可靠性與DFM、新的IP共享與授權模式上、體系結構設計,系統級設計的片間劃分等等。因此,Chiplet的發展還需要產業界的共同努力。

中國科學院計算技術研究所研究員韓銀和就《機器人專用處理器-多智能處理的異構架構和集成》主題發表了精彩的演講。他講到,隨著摩爾定律遲緩,需要更多結構創新,圖靈獎得主David Patterson的研究也表明晶片體系結構的黃金時代正在來臨。而具體到機器人領域上,機器人處理器是一個全新的晶片種類,他需要支持機器人應用所涉及到的主要功能的加速。我們也正在機器人專用處理器領域進行探索,並開發出了多款晶片。

「機器人處理信息的流程,可以抽象為感知-判定-決策-行動四個步驟,我們提出了Dadu、Dadu-P、Dadu-CD等多種異構並行架構,從宏觀上的路徑規劃,以及微觀上的關節控制計算兩個核心步驟上著手,加速機器人上運行的核心處理步驟。Dadu機器人處理器路線圖分為4代,第一代機械臂以CPU、CNN和關節運動為主,目前已流片;第二代主要是無人機,側重在運動規劃,驗證晶片已流片,新版本正在開發中;第三代則是服務機器人,採用CPU和OODA,相關的驗證晶片正在設計中;第四代將屬於認知機器人範疇,或許將採用新器件新集成的方法,我們也正在探索用Chiplet集成的方法,快速擴展晶片功能,降低晶片設計周期和製造成本。」韓銀和在會上介紹到。

在韓銀和看來,專用處理器是星星之火,專用處理器種類型多了,也能成燎原之勢,彌補我們在通用處理器上的不足。

據Gartner預測,到2023年,計算產業的規模將超過2萬億美元。這2萬億美元不是延用傳統架構的計算產業,而是突破能效牆、散熱牆、優化牆、內存牆、高速IO牆的基於系統架構、晶圓拼裝工藝創新的增量市場。

在立足國情揚長避短,謀求與美國同位乃至錯維競爭的問題上,國家數字交換系統工程技術研究中心研究員劉勤讓指出,需最大程度的發揮晶片技術在新結構、新計算、新互聯以及新集成上的後發優勢,同時要充分兼顧國內在加工、封裝、測試和工具上的實際水平,以此來探索工藝與體系協同迭代的創新。因此,在深刻剖析集成電路發展困局的基礎上,結合軟體定義體系結構創新成果,軟體定義晶上系統(SDSoW)提出。

劉勤讓講解到,SDSoW從互連密度驅動智能湧現出發,用TCB集成代替PCB集成,實現3個數量級的互連密度提升;聯合體系結構的創新,用晶圓級資源倍增軟體定義的功能、性能和效能增益,實現1~3個數量級的性能和效能增益。通過軟體定義晶上系統的創新,在體積、帶寬、延遲、功耗、等方面可以獲得4~6個數量級的綜合增益,由此帶動集成電路從片上系統邁入晶上系統新時代,並全面刷新新型基礎設施的技術物理形態。

此外,SDSoW還將催生新經濟性的衡量指標和商業模式。現在靠賣物化的晶片來獲得利潤,目前主要以晶片設計/流片的費用對比晶片的預期銷售規模作為經濟性衡量指標;未來則是靠賣雲化的服務獲得利潤,以晶片設計/流片的費用對比晶片的預期服務次數作為經濟性衡量指標。服務模式在發生轉變,微電子技術經濟性的邊界也在轉變,因此,我們需要探索出一條以「新賽場、新賽道」實現一流系統的集成電路發展的新道路。

新思科技高級技術經理王迎春的演講主題為《DesignWare Die-to-Die PHY Solution for Chiplet》。他介紹了Chiplet的典型的應用場景,如Scale SoC, Split SoC和異構計算等,以及與之適配的Synopsys DesignWare PHY IP solution,重點說明了PHY IP的技術指標對這些系統應用的意義。同時,簡要介紹了PHY IP的結構,完整的Chiplet設計流程和測試方案。Synopsys有最新的3DIC Compiler,這也是行業內第一個完整的Chiplet設計平臺,具備360o視角的3D視圖,支持2.5D/3D封裝設計和實現的自動化和可視化,同時面向供電、發熱和噪聲進行優化。

在摩爾精英董事長兼CEO張競揚看來,Chiplet無疑是未來晶片行業最重要的趨勢之一,這與整個電子和半導體產業的分工協作是一脈相承的。尤其是Foundry和IP授權模式的誕生,承擔了產業鏈一頭一尾的工作,大大降低了半導體產業的推入門檻。而隨著晶片定製成本攀升和碎片化市場的矛盾不斷凸顯,晶片行業需要大幅提升晶片研發效率。回看「摩爾定律」其實暗藏伏線,其中一條路是按照每18個月集成度翻倍發展,另一條沒被大家關注的路徑是,通過封裝的形式將小功能模塊合在一起,可能是更經濟的方式。

「Chiplet推廣困難重重,六大要素互為因果。第一個是市場需求和採購不明確,不明確的原因是Chiplet的分工和互聯標準還沒有確認,因為沒有這些標準就沒有穩定多樣的Chiplet供給,而對於SiP封裝設計和整合方面又面臨著軟體、模型和平臺上的難題,再就是現在還不具備柔性快速生產能力,最後就是品質管控和保險賠付問題比較複雜。」張競揚指出。

好在中國2000多家晶片公司中,有很多小公司願意嘗試新的服務模式。而摩爾精英也正在探索建立一個SiP的平臺,通過嚴選的SiP晶片、借力現有的KGD裸片過渡,統一晶片生產和品質控制,建立一站式Chiplet研發、生產、銷售協作平臺,從而能讓更多的晶片企業享受到SiP設計和柔性生產的服務。

中國科學院微電子研究所研究員王啟東針對《Chiplet與異質集成-摩爾定律延續的一些思考》的主題做了報告。王啟東講到,Chiplet與異質集成有本質區別:Chiplet的發起者主要是IDM和Foundry,如AMD和Intel,Chiplet主要解決Foundry的製造和成本問題,解決IDM的產品差異化問題,解決off-the-shelf的多品種小批量問題。而異質集成的發起者主要是OEM和Packaging house,對於數字、模擬、射頻、電源、天線等晶片來說,小型化、高功能化,一體化將是最終訴求。

Chiplet的技術內涵其實是一個自上而下的革命,通過先進封裝技術如2.5D/3D TSV封裝、Fanout封裝、先進功能性基板等,結合標準的接口、協議形成Chiplet。但如前文所說,Chiplet在設計和製造等方面還面臨諸多挑戰,據王啟東介紹,微電子所的先進封裝平臺華進半導體是一家以先進封裝/系統集成技術研究與開發為主的企業化獨立運營的國家級研發平臺。目前中科院微電子所擁有Chiplet所需的先進封裝技術,覆蓋了設計、仿真、製造、測試的鏈條環節,希望與國內企業、院所一道開發標準接口與協議,打造國內基於Chiplet的生態。

Chiplet能否有利於解決晶片行業卡脖子難題?

中科院計算所副研究員王鬱傑博士主持了最後的圓桌會議,會議中針對「Chiplet設計技術是不是未來晶片敏捷開發的使能技術?對晶片的設計流程有何影響?Chiplet是否有利於我國擺脫現有EDA與晶片製造行業卡脖子現狀?國內Chiplet製造、集成與封裝技術的現狀與未來?」這幾個問題,幾位演講人展開了激烈的討論。

劉勤讓認為Chiplet是對整個設計、技術以及產業形態的重塑,無論是從成本、摩爾定律的困局以及未來的雲化服務商來看,Chiplet是技術和產業雙重需要的發展趨勢,這對我們擺脫現有困局具有現實意義。

王迎春也認為,從EDA發展的角度來看,Chiplet的發展是必然的趨勢,國際諸多組織都紛紛在Chiplet上發力。但EDA的創新是在核心基礎創新,解決卡脖子的問題不僅僅在Chiplet上,在EDA的布局布線、邏輯綜合以及最底層的算法上都要有創新。當下晶片行業備受重視,人才不斷湧進晶片行業,這對我們來說是一大利好。

張競揚指出,解決卡脖子問題不是把別人的手掙脫開,而是Chiplet可以孕育出更多創新的應用。全球晶片產業為4600多億美金,而全球GDP有80多萬億美金,還有很多晶片應用場景待開發。目前包括智能家居和機器人在內的諸多應用,按照今天的晶片設計成本攀升曲線,短期內是很難大規模普及的。如果能通過Chiplet技術,大幅降低晶片的成本,再藉助中國的生態優勢,打通更多的碎片化應用場景,則能產生更多的訂單,進一步擴大中國的消費市場。

王啟東表示,Chiplet可以緩和目前卡脖子的現狀,但它並不能從根本上解決這個問題。從系統應用角度來看,Chiplet可以支持大家百花齊放。而在關鍵的CPU、GPU、FPGA以及模擬工藝、特色工藝來看,集成電路的先進工藝技術仍是必修課,需要工藝人員的不懈努力解決高端製造問題,並與前端的IP、EDA進行互動形成協同的發展才可以解決現在的問題。

王穎認為,長遠來看,Chiplet技術確實是一項很重要的形式,但並不會完全替代PCB這樣的集成技術。對於當前卡脖子問題,Chiplet作為權宜之計,可以通過異質集成彌補先進IC工藝短板,追求系統級的效能優勢,但不能從根本上解決問題,因為到新賽道之後,還是要考驗核心技術,例如Chiplet設計方法涉及的2.5D,3D集成製造技術,三維版圖設計、電源網絡、物理設計仿真等EDA技術。他期待有機構和工業界聯合起來,通過開源與標準化組織方式,率先把Chiplet設計模式所需的重要物理IP或者接口協議標準搭建起來,讓大家在上面做迭代,真正在Chiplet的賽道上避免卡脖子問題。(來源:中國網)

免責聲明:市場有風險,選擇需謹慎!此文僅供參考,不作買賣依據。

相關焦點

  • 深度思考:晶片製造到底哪裡卡了脖子?
    最近,晶片「卡脖子」成了熱門話題,連中科院都搶先表態,要把卡脖子清單變成科學院的任務清單,並引來相關爭議和討論,中國第一所「晶片大學」,南京集成電路大學也在呼聲中成立……  但歸根到底,我們在晶片領域怎麼就被卡了脖子?晶片涉及從設計到應用一條相當長的鏈條,在各個環節上,究竟在哪個環節「卡脖子」?
  • 科學院善於解決卡脖子的技術問題嗎?| 郭朝暉
    關注風雲之聲提升思維層次導讀科學院擅長科學研究,但卡脖子的清單本質是技術、工程、產業問題,並不是一回事。最近,科學院的領導表態,要把美國卡脖子的技術清單變成科學院的任務清單。原因很簡單:科學院擅長科學研究,但卡脖子的清單本質是技術、工程、產業問題,並不是一回事。 殷瑞鈺院士是中國工程院首批院士,曾經擔任工程管理學部主任委員。從十多年前開始,殷院士就反覆強調:科學、技術、工程和產業的不同。
  • 「中科院解決卡脖子問題」靠不靠譜?
    卡脖子問題是技術層面的問題,應該依靠企業來解決,而中科院主要是搞基礎科學研究,將卡脖子清單變成自己的科研任務清單並不「靠譜」,有明顯「越界」之嫌。這個觀點看似有理有據,實則不太能經得起推敲。因為支撐這一觀點的理論已經滯後於創新實踐,論據粗略而有失偏頗。為什麼說理論支撐已經落後於創新實踐呢?
  • 為什麼說科學院解決不了「卡脖子」的技術問題?
    原因很簡單:科學院擅長科學研究,但卡脖子的清單本質是技術、工程、產業問題,並不是一回事。1/ 脖子「卡」在哪?科學研究主要針對技術出現的初期,而國外能夠卡我們脖子的,都是發展了幾十年的成熟技術。我國做不了這些技術,不是不懂得原理,而是在「持續改進」階段掉隊了。改進階段是一點點的進步積累起來的,每一點進步可能都沒有多少理論水平,但能對系統進行改善。
  • 為何我國是化工大國,卻有那麼多被卡脖子的技術?
    但他們可能有所不知,目前國內化工產業中一批被卡脖子的技術,正是諾貝爾獎的獲得者們攻下來的。比如——光刻膠我國雖然已成為世界半導體生產大國,但因為涉及的技術難題眾多,高級晶片用光刻膠幾乎全部依賴進口。而德國科學家施陶丁格因發明了相襯顯微鏡解決了光刻膠的生產難題,在1953年獲得諾貝爾化學獎。
  • 一文看懂Chiplet小晶片:AMD、英特爾、華為海思都在研究!
    但是有一點有意思的地方,這是一個以fab 的角度,解決摩爾定律失效問題的方案,雖然TSMC 並沒有把chiplet 當作一個新技術突破,而是把interposer 當作新技術突破,但半導體業界的其它公司的立場各不一致。
  • 藍偉光視角|僅靠中科院解決不了被美國卡脖子問題
    如今,白春禮院長「把美國卡脖子的技術清單變成中科院的任務清單」的倡導與三達膜長期堅持的「逆向思維、目標導向、把市場的難題作為科研的課題」的理念不謀而合,我的心裡由衷地感到高興。然而,鑑於中國科學院在科研成果轉化與應用方面的歷史經驗,以及大多數專家、教授們的科研習慣與思維定勢,我也不禁為白春禮院長擔心,他急國家所急而推行的做法是否能夠奏效。
  • 科學能否解決宗教難題?美物理學家這麼解釋
    科學能否解決宗教難題?美物理學家這麼解釋 記得我國著名科學家朱時清教授曾說過一句話:"曾經的科學家們受盡了宗教派的打壓,如今科學家們已經翻身,隨著量子力學的發展,人們對物質的信任已經達到了頂峰,但是對於意識的探究還停留在起點。"
  • 世界級難題被我國巧妙解決,美國:看不懂中國,僅千隻羊就解決?
    於是,就產生了很多難題。事實並非如此。有一個世界級難題,美國根本想不到。再一次被我們國家巧妙解決的世界難題。美國:中國看不懂,一千隻羊也解決不了?這裡究竟發生了什麼事?很早以前,中國就開始使用光伏,而且在中國西部的某個地區,是個非常乾燥的地方。
  • 工博會首設院士專家創新成果展,很多技術解決了卡脖子問題
    工博會首設院士專家創新成果展,很多技術解決了卡脖子問題 澎湃新聞記者 俞凱 2020-09-16 15:55 來源:澎湃新聞
  • 到底是卡腳脖子還是頸脖子?
    討論這些問題,也許首先需要弄清到底卡的是什麼脖子。從表面上看,卡的似乎都是技術,但如果你是一個真正幹過技術的技術人員,當一個問題最終歸結為純技術問題的話,你會覺得是問題嗎?從這一點看,技術問題充其量只是一個「腳脖子」問題,外人能卡我們的也只有「腳脖子」,儘管它可能會遲滯我們前行的步伐,但它不可能阻擋我們前進的步伐。我們為什麼會被卡「腳脖子」呢?
  • 我國新疆發現「異象」?再次突破一項世界難題,引起各國注意
    大家都知道我國坐擁960萬平方公裡的土地,在這片廣袤無垠的土地之上,擁有著不同的地形,而這片寬廣的土地也養育了我們華夏兒女,我們華夏兒女自古至今生活在這片土地上,延綿不絕,流傳至今,帶著光輝的文化以及燦爛的傳承,穿越古代來到了現如今的生活之中,新疆一直都是一個非常神秘的地方,現如今我國新疆忽然間出現一個奇怪的異象,引起了美國的關注,世界各國看了之後都為之眼紅。
  • 氣體「晶片」:中國95%氦氣靠進口,美國牢牢卡著脖子
    因此有很多人開始關注到底我國還有那些技術是會被西方發達國家卡脖子。經不完全的測算,我國至少有三十五項技術會被「燈塔國」卡著脖子按在地上摩擦,大部分的技術壟斷多半都還是在高精尖技術上。
  • 拒絕晶片卡脖子,我國將從三個方面入手,還要成立首家晶片大學
    外國意圖在晶片領域給我們製造麻煩,抑制我們的發展,那麼我們就更要在晶片領域崛起,打破外國的限制,拒絕卡脖子行為。有消息顯示,為了打破在晶片領域的枷鎖,我國準備從三個方面入手,推進國產晶片的研發速度,一勞永逸的解決晶片問題。
  • 解決晶片卡脖子!清華北大突然出手,任正非最不願看到的一幕出現
    但同時華為也面臨巨大難題,那就是在「晶片製造」上被西方卡住了脖子。華為通過多年的努力,已經把晶片設計做到了世界領先,但他們又哪裡來的精力和時間再去做晶片製造?這無疑是天方夜譚。但好在關鍵時刻,中國科學界出手了!
  • 張鈸院士回應任正非:解決卡脖子就要造新燈塔,照亮新航道
    解決卡脖子就得「相互依賴」如果我們一直是跟隨者,能跟上就很不錯了。現在的狀態是基本跟得上,但有些關鍵技術,比如集成電路總是跟不上。所以問題該怎麼解?我認為只有抓住新的技術革命,從一開始就是參與者,在當中做出關鍵貢獻,不讓技術完全掌握在別人手裡,有幾個關鍵技術我們作得最好。
  • 中國供應全球80%份額,能用稀土卡別人「脖子」嗎?
    而在國際大環境下,發生卡脖子的情況也不少,比較著名的就是我們中國,在晶片和光刻機上被人卡脖子,還有日本 因此島國資源貧瘠,大量製造業需從國外進口原料,容易被人卡脖子,委內瑞拉等農業不發達國家,靠著石油賺錢 糧食供應卻十分依賴國外進口,同樣容易被人卡脖子,諸如此類的還有很多。
  • 中科大天才破解數學世紀難題,為我國基礎科學獻大禮
    華為晶片斷供、高端發動機禁運等等被卡脖子的科技難題,歸根結底,都是我國基礎科學太過薄弱,無法支撐越來越龐大的科研需求,導致了我國科研大多停留在在應用層面,少有在基礎領域的突破,如我國的掃碼支付,二維碼是日本科學家發明的,如人工智慧之父是英國數學家圖靈。
  • 摩爾定律,Chiplet,IP與SiP
    在同等面積大小的區域裡,隨著擠進越來越多的矽電路,漏電流增加、散熱問題大、時鐘頻率增長減慢等問題難以解決。所以,有唱衰的言論自然不算奇怪。 這時候,有人說,Chiplet是解決摩爾定律死亡的好方法。 什麼是「Chiplet 」?
  • 原子筆筆頭和打火機墊片全靠進口,卡了誰的脖子?
    別老被「卡脖子」言論蠱惑,也太費脖子了。 之所以這些東西會被拎出來作為批判我國製造業的證據,是因為它們在人們的日常生活中普遍存在,使用率或出鏡率高,能讓人們產生「天哪我的生活必需品竟然都要依賴進口」的惶恐,從而對輿論產生良好的帶節奏效果。 炒作時最常用的題目或話術類似於「別想著造晶片了!我們連打火機墊片都被人卡脖子!」