來源：內容由半導體行業觀察編譯自rapidus。

1965年，英特爾聯合創始人戈登·摩爾提出了“摩爾定律”。半個多世紀以來，這一定律推動了集成電路（IC）性能的提升和成本的降低，并成為現代數字技術的基礎。摩爾定律指出，半導體芯片上的晶體管數量大約每兩年翻一番。

長期以來，技術發展一直遵循著這一定律。但情況已經開始發生變化。近年來，芯片電路尺寸的縮小變得越來越困難，線寬如今已降至幾納米 (nm)。工程師們面臨著物理極限、更復雜的制造步驟和不斷上升的成本。電路尺寸的縮小也意味著良率的降低，使得生產大量可用芯片變得更加困難。此外，建造和運營半導體代工廠需要大量的資金和專業知識。因此，許多人認為摩爾定律無法繼續有效。

摩爾定律的終結帶來了一項新的進步：芯粒。

芯粒 (Chiplet) 是執行特定功能的芯片（裸片）的一小部分，原本是單個大芯片的一部分。通過芯粒集成，多個芯粒可以組合成一個封裝，組成一個完整的系統。

過去，所有芯片功能都必須構建在單個晶圓上。這意味著，即使芯片的一部分出現缺陷，整個芯片也必須丟棄。但有了芯粒，我們只使用“良好芯片”（即“已知良好芯片”（KGD））——這極大地提高了制造良率和效率。

異構集成是一種集成工藝，允許將采用不同工藝制造、具有不同功能的不同芯片組合到單個芯片封裝中。小芯粒成對于混合和組合不同類型的電路尤其有效。例如，高性能計算部件可以使用最新的半導體工藝制造，而存儲器和模擬部件則可以采用更傳統、更具成本效益的技術來生產。這種平衡有助于在保持低成本的同時提高性能。

汽車行業對這種方法尤其感興趣。一些大型汽車制造商已開始使用這項技術開發未來汽車的片上系統 (SoC)，并計劃在 2030 年后將其應用于量產汽車。Chiplet 的一大優勢在于，它們能夠幫助制造商提升汽車半導體的性能和功能，更高效地提升 AI 計算和圖形處理能力，同時提高產量。

一些汽車部件需要滿足嚴格的安全標準。這些部件被稱為功能安全部件，通常使用更老、更成熟的半導體。但像高級駕駛輔助系統 (ADAS) 和軟件定義汽車 (SDV) 這樣的現代系統需要更強大的芯片。這正是 Chiplet 技術的用武之地。借助 Chiplet，制造商可以通過將用于功能安全部件的微型計算機、大容量內存和用于自動駕駛的強大 AI 處理器相結合，更快地根據每家汽車制造商的需求定制 SoC。

這些優勢不僅限于汽車應用。Chiplet 技術也正在擴展到人工智能和電信等其他領域，推動著眾多行業的創新。Chiplet 技術正迅速普及，成為未來半導體行業的關鍵技術。

芯粒成依賴于一種以緊湊且高速的方式連接多個芯片的技術。中介層是實現這一目標的關鍵組件。中介層是一個中間層，通常由硅制成，位于芯片下方，像電路板一樣連接芯片，幫助芯片之間相互通信。中介層性能越好，芯片之間的連接就越緊密，它們交換電信號的速度就越快。

先進的芯粒成技術在高效供電方面也發揮著重要作用。在芯片之間添加許多微小的金屬連接點，即使在狹小的空間內，也能為電流和數據傳輸提供足夠的路徑。這不僅能實現高速數據傳輸，還能充分利用芯片封裝內的有限空間。

如今，芯粒成的主流方法是 2.5D 集成，即將多個芯片放入單個封裝中。但下一個重大進展是 3D 集成，這是一種將芯片垂直堆疊的技術。在 2.5D 結構中，芯片并排排列在中介層上，以實現高密度連接。相比之下，3D 集成使用一種稱為硅通孔 (TSV) 的技術垂直堆疊芯片，從而實現更高的集成度。

通過將靈活的芯片設計（將不同功能和電路類型分離）與 3D 集成相結合，工程師可以構建更快、更小、更節能的半導體。將內存和處理單元直接堆疊在一起，可以實現對大量數據的高速訪問，這對于快速執行人工智能和其他高性能流程非常有利。

另一方面，垂直堆疊芯片也帶來了新的挑戰。熱量更容易積聚，因此熱管理和保持高制造良率變得更加困難。為了克服這些問題，世界各地的研究人員正在研究先進封裝技術的新方法，以更好地應對熱挑戰。但這并沒有減緩創新的步伐。芯粒與3D集成的結合如今被視為一項顛覆性的創新，它有可能取代摩爾定律，引領半導體發展的下一個時代。