制造2D和2.5D multi-die的技術(shù)已存在了近十年。然而，在Generative AI時代來臨之前，chiplet的需求一直萎靡不振。Nvidia的AI處理器橫掃市場，引發(fā)了一場突如其來的變革，讓foundry和OSAT公司們措手不及。現(xiàn)在的關(guān)鍵是，躍躍欲試的chiplet公司們還能等多久，以及是否可以選擇去中國生產(chǎn)chiplet。

隨著全球chiplet需求的飆升，產(chǎn)能短缺問題已成為AI處理器、HPC開發(fā)商和尋求可擴展汽車半導體設(shè)計的OEM/Tier 1的當務之急。

Faraday USA（臺灣公司在美國的分支機構(gòu)）總裁K.H.Lee說，像雪片一樣飛過來的chiplet RFQ讓他們忙得不可開交。這些RFQ主要來自美國和中國公司。

汽車技術(shù)和商業(yè)專家、Hoellisch Consulting的CEO兼創(chuàng)始人Juergen Hoellisch本周表示，他的公司正在處理大量來自歐洲OEM的緊急請求，他們都渴望與chiplet公司合作。他說：“他們甚至告訴我，如果沒有合適的公司，就找中國的chiplet公司吧。”

事實上，中小型公司與任何foundry談判產(chǎn)能的機會都不大，尤其是TSMC。目前，TSMC的大部分chiplet產(chǎn)能都已預定。Nvidia和AMD共占據(jù)了高達80%的chiplet產(chǎn)能，Broadcom則占了另外的10%。

在這樣的背景下，AI硬件初創(chuàng)公司Tenstorrent本周宣布選擇Samsung作為其chiplet的foundry合作伙伴，令人感到意外。Tenstorrent的明星CEO Jim Keller在一份聲明中說：“Samsung foundry致力于推動半導體技術(shù)的發(fā)展，這與我們推進RISC-V和AI的愿景不謀而合，使他們成為將我們的AI chiplet推向市場的理想合作伙伴。”

目前，TSMC、Samsung和Intel三大foundry都提供chiplet生產(chǎn)。但沒有一家有足夠的產(chǎn)能。據(jù)業(yè)內(nèi)人士稱，“至少要推遲一年或一年半”，foundry才能開始處理任何的chiplet項目。

更糟糕的是，在供應緊縮期間，領(lǐng)先foundry開發(fā)的內(nèi)部先進封裝已成為chiplet客戶難以逾越的障礙。

以TSMC為例。憑借CoWoS（Chip on Wafer on Substrate）封裝，TSMC向客戶吹噓自己有能力將處理器、內(nèi)存和圖形處理器等多個芯片或die集成到一個封裝中。TSMC通過取代負責開發(fā)先進封裝的OSAT（Outsourced Semiconductor Assembly and Test）公司實現(xiàn)了這一目標。TSMC甚至禁止客戶到foundry以外的地方進行高級封裝。

然而，面對當下緊張的CoWoS晶圓加工能力，TSMC突然改弦易轍。它現(xiàn)在允許客戶與OSAT公司合作，并鼓勵他們尋找自己的解決方案。

據(jù)報道，一些客戶已轉(zhuǎn)向Samsung生產(chǎn)芯片。但Samsung的產(chǎn)能也迅速飽和。Samsung與韓國領(lǐng)先的OSAT公司Amkor Technology簽訂了協(xié)議，后者的富余產(chǎn)能也在迅速減少。

為何chiplet產(chǎn)能無法迅速提高？

據(jù)報道，TSMC目前的CoWoS高級封裝產(chǎn)能為每月12,000件。Faraday的Lee表示“這個數(shù)字微不足道“，與TSMC每個節(jié)點的常規(guī)CMOS晶圓處理能力（每月15萬個）相比，這簡直不值得一提。

更麻煩的是，提高foundry的chiplet處理能力并不那么簡單。chiplet和封裝技術(shù)必須齊頭并進，這樣才能在先進封裝中解決最終產(chǎn)品的所有機械、熱管理和電氣問題。這就要求在工程設(shè)計上給予更多關(guān)注。此外，這個過程仍然是手工操作，Lee說：“它不是自動化的，這就意味著，它不是foundry的24小時作業(yè)。”

與OSAT公司合作？

在chiplet上可隨意與OSAT合作聽起來很自由。但其實只會帶來新的麻煩。

小型chiplet供應商或剛剛涉足chiplet領(lǐng)域的公司面臨著一個重大挑戰(zhàn)，即如何找到合適的OSAT公司與之合作。下一個障礙是獲得所選OSAT的充分關(guān)注。（什么？從未與OSAT公司合作過？那祝你好運。）

最關(guān)鍵的是，對于任何習慣于讓foundry負責從2D和2.5D chiplet設(shè)計到先進封裝的企業(yè)來說，chiplet的技術(shù)細節(jié)完全是個黑箱。長期以來的謎團包括chiplet如何連接、die之間使用哪種類型的interposer或基板以及如何優(yōu)化。

Faraday的作用

Faraday希望填補那些渴望開發(fā)chiplet，但被TSMC或Samsung的產(chǎn)能拒之門外的中小型公司的需求空白。

最重要的是，Lee強調(diào)Faraday非常清楚如何生產(chǎn)interposer。“沒有interposer，就無法構(gòu)建chiplet“。憑借SoC和IP設(shè)計能力，Lee將Faraday描述為“多源chiplet封裝的中立主機”。

Faraday的另一個優(yōu)勢是它的血統(tǒng)。Faraday是一家ASIC/SoC和芯片IP的fabless公司。其優(yōu)勢在于靈活的業(yè)務模式，允許處于不同設(shè)計階段的客戶開始實施ASIC。

Lee表示，F(xiàn)araday從建立ASIC設(shè)計流程中獲得的高速IP設(shè)計和測試經(jīng)驗將為其chiplet業(yè)務提供支持。

由于總部在臺灣，F(xiàn)araday在管理“跨foundry處理”方面具有物流優(yōu)勢。該公司稱，它與UMC和臺灣的OSAT公司關(guān)系密切，能夠“對臺灣Tier 1 OSAT的產(chǎn)能、產(chǎn)量、質(zhì)量和生產(chǎn)進度控制進行本地管理”。

Faraday聲稱，它與臺灣Tier 1在OSAT運營方面有著牢固的關(guān)系和良好的記錄。(Image：Faraday）

目前，Nvidia除了與TSMC合作外，還與UMC合作。Nvidia在UMC制造的chiplet interposer由Faraday生產(chǎn)。有了這些聯(lián)系，F(xiàn)araday有信心為chiplet客戶提供經(jīng)驗和服務。

Lee指出，Samsung目前由于產(chǎn)能緊張也正在向Faraday介紹客戶。

車廠為何選擇chiplet？

除了數(shù)據(jù)中心和AI硬件設(shè)計，汽車行業(yè)也在推動chiplet需求的增長。

面對來自中國日益激烈的競爭和Tesla在電動車領(lǐng)域的巨大領(lǐng)先優(yōu)勢，車廠正轉(zhuǎn)向chiplet，提出一種革命性的方法。

Imec的汽車VP Bart Plackle認為，汽車行業(yè)的生態(tài)系統(tǒng)“已被完全顛覆”。在前不久的AutoSens會議上，他在一個chiplet論壇上解釋說，Tier 1提供集成、Tier 2只提供組件的傳統(tǒng)觀念已經(jīng)過時。他說：“Nvidia和Qualcomm不僅提供芯片，還提供整個堆棧，而OEM則希望通過chiplet來顛覆生態(tài)系統(tǒng)。”

車廠被chiplet的概念所吸引，因為它承諾提供自由組合和匹配不同“積木”的能力，就像樂高一樣。

Plackle說，OEM希望為其高端產(chǎn)品“挑選”CPU、GPU和加速器，同時為中低端產(chǎn)品開發(fā)單獨的集群。這種軟件包級的集成、驗證和測試可能成為OEM、Tier 1或Tier 2的職責。

Chiplet論壇主持人Hoellisch對此表示贊同。他解釋說，chiplet“可以為汽車行業(yè)注入全新的活力。降低成本、提高性能，還能大大加快整體設(shè)計時間”。

目前chiplet產(chǎn)能不足的問題在車廠中可能還不是什么大問題，因為他們?nèi)栽诿髦小Ｋ麄兿Ｍ罱K能開發(fā)并商定chiplet之間的某些標準化接口。

然而，chiplet產(chǎn)能的限制暴露了未來潛在的危機。傾向于采用垂直模式生產(chǎn)芯片的foundry很可能會與傾向于采用水平方式的汽車行業(yè)的公司們發(fā)生沖突。

到目前為止，foundry之所以選擇垂直模式，是因為他們希望控制從設(shè)計到封裝的整個chiplet加工鏈。OEM、Tier 1和Tier 2則在追求純粹、靈活和理想的橫向的chiplet的設(shè)計夢想，在這種理想模式下，他們可以自由選擇由不同chiplet公司設(shè)計、不同foundry制造的chiplet。

中國情況怎么樣？

Plackle認為，中國在chiplet設(shè)計和開發(fā)方面比西方“至少領(lǐng)先兩年”。

當中國公司無法獲得先進工藝節(jié)點時，中國政府和芯片公司集體決定選擇chiplet。Plackle說：“如果你看看他們的chiplet設(shè)計得有多好，以及他們是如何專注于解決具體問題的，我就會感到擔憂。相比之下，在西方，我們現(xiàn)在才開始討論chiplet，并開始結(jié)成聯(lián)盟。”

在中國的許多汽車芯片開發(fā)商中，包括地平線和黑芝麻，chiplet已被放在最高優(yōu)先級。

兩個月前，Routers援引了Anaqua分析解決方案總監(jiān)Shayne Phillips的觀點：“華為去年在中國公布了900多項chiplet相關(guān)的專利申請和授權(quán)，遠遠高于2017年的30項。”

中國也有OSAT公司，包括JCET和同孚，都活躍在chiplet領(lǐng)域。據(jù)報道，它們正在開發(fā)2.5D、3D先進chiplet封裝。

芯原（VeriSilicon）擁有多種用于multi-chiplet設(shè)計的驗證工具，據(jù)說服務于HPC領(lǐng)域的公司都在使用。今年早些時候，芯原的CEO戴偉民（Wayne Dai）在宣布公司加入UCIe產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟時說：“平板電腦/筆記本電腦需要更多不同功能的異構(gòu)處理器IP，數(shù)據(jù)中心需要集成多個通用高性能計算模塊，車規(guī)級chiplet可以顯著提高汽車芯片的迭代效率，降低單芯片故障帶來的潛在安全風險，這些都是chiplet的理想用例。”

顯然，中國公司明白這一點。Chiplet是未來的趨勢。

然而，問題依然存在。在中國，誰在制造這些chiplet，采用何種互連和接口技術(shù)？誰在提供interposer？

Faraday的Lee證實了中國對chiplet的濃厚興趣。但他補充說：“我不得不說，現(xiàn)在，這還只是一個試驗。每個人都想知道這是否可行。每個人都在努力實現(xiàn)這一目標。但他們?nèi)栽谶M行評估。這就是我們收到越來越多RFQ的原因。”

審核編輯：劉清