近日，有消息稱，由于“3nm制程的N3工藝某預定大客戶”臨時取消訂單，臺積電因而大砍供應鏈訂單，涉及再生晶圓、關鍵耗材、設備等供應鏈領域。但臺積電并不承認，而是回應稱：N3制程進度并無改變，預期2023年將平穩量產。

不管這個砍單的大客戶是不是蘋果，不管手機市場不景氣是否給臺積電的多位大客戶們帶來壓力——即使臺積電3nm制程的進度未受拖累，但其產能大概率也將無法再現7nm、5nm時代的輝煌。臺積電原定年底3nm初步量產后，月產能能到4.4萬片，但目前預計年底產能僅能維持1萬片左右。

而2022年11月相繼發布的聯發科天璣9200和高通驍龍8G2兩款旗艦處理器，采用的都是臺積電4nm工藝，并沒有使用3nm工藝。而臺積電4nm工藝本質上是臺積電發布于2020年的5nm工藝節點改進版改名而已，這一幕其實在臺積電6nm工藝時就發生過，6nm本質上也是7nm工藝節點的改進。

悄悄改名字的小心機背后，是晶體管微縮技術發展的放緩。這也讓人們好奇，摩爾定律要止步于1nm了嗎？在“后摩爾時代”，Chiplet（芯粒）這種不受限于晶體管制程、而是將各種技術進行異質整合的先進封裝技術開始大放異彩，又能否助力中國芯片產業破除或者緩解“卡脖子”難題？

Chiplet技術源起

Chiplet技術所依托的異構設計思路很早就有，戈登·摩爾早在1964年提出“摩爾定律”的同時就預測了摩爾定律“終結”之后的小芯片異構互聯思路，他指出：屆時用多個獨立封裝的小功能單元互連構建大型系統的方法可能會更經濟。

但Chiplet量產時間較晚，也就最近幾年才在半導體行業流行開。海思2014年采用臺積電16nm FinFET工藝的網絡芯片CoWoS，就是海思第一片公開的Chiplet設計。此后海思設計的晟騰910 等芯片也采用了Chiplet設計。

而Marvell公司創始人周秀文博士在2015年的國際固態電路峰會(ISSCC) 上，則提出了模塊化芯片（MOChi TM）概念：采用 DRAM 存儲器、CPU、GPU 計算元件、LTE Modem、WiFi、南橋等“模塊化”裸芯片，通過異構封裝堆疊成手機、電腦的處理器。

2017年，美國國防高級研究計劃局（DARPA）在名為 CHIPS（Common Heterogeneous Integration and IP Reuse Strategies）的項目中，邀請英特爾、美光、新思科技以及波音、洛克希德等公司參與研發一種可以替代SoC的模塊化裸芯方案，也即Chiplet。Chiplet以“搭積木”的方法，采用先進封裝堆疊連接成“多芯粒模組”（MCM），從過去芯片的組裝變為基于芯粒的異構集成。

就以手機SoC芯片為例，其CPU、GPU、基帶等不同部件在制造上往往要選擇相同的工藝節點，因為在單硅片系統只能在一個工藝節點上實現。然而不同部件的工藝需求不同，比如邏輯芯片更青睞先進制程，而模擬芯片如果采用先進制程可能會導致漏電、噪聲等問題。

但以往設計SoC時，芯片設計企業從不同的 IP 供應商購買IP，再結合自研NPU等模塊，統一都使用先進制程集成為一個SoC，這不僅徒增成本，也會導致性能上的可能隱患。

而Chiplet模式則可以自由選擇不同裸芯片的工藝，然后通過先進封裝來進行組裝。那么對于某些IP，廠家既可以購買之后自己設計、流片，也可以買其他企業實現好的硅片然后在一個封裝里集成起來。總之，相比以往相同工藝節點的SoC芯片制造，Chiplet模式更具靈活性。

盡管英特爾、AMD等X86芯片巨頭都在下注研發Chiplet技術，但將Chiplet發揚光大的，還是AMD。

2017年，AMD推出了其第一代Epyc服務器處理器Naples重返數據中心市場，基于Zen架構核心，最高32核心/64超線程，32核產品采用多芯片模塊（multi-chip module，MCM）架構，由4個晶片（die）構成，每個晶片包括 8 個核心及其他部件。MCM架構可謂是Chiplet的前代，但仍有著核心數擴展不易、I/O 器件占比過高等缺點。

2019年AMD又推出了第二代EPYC處理器Rome，基于Zen2架構核心，第一次采用了Chiplet設計。也就是把DDR內存控制器、Infinity Fabric 和 PCIe 控制器等 I/O 器件集中到一個單獨的晶片里，即I/O Die（IOD），采用成熟的14nm制程；兩邊布置多達8個 CCD（Core Complex Die，核心復合晶片），CCD 內部的核心、Cache 等所占面積高達 86%，可以從7nm 制程中獲得較大的收益。

從第一代的4晶片結構，到第二代的9晶片結構，Chiplet技術功不可沒。

到2021年推出第三代EPYC處理器時，經過三代產品的接力，AMD僅用五年時間，其CPU在服務器市場上的份額就從2017年底的0.8%，回升到2021第四季度的10.7%。

而且，服務器市場AMD新品迭發，份額還在迅速增長。基于Zen4架構的下一代EPYC霄龍數據中心處理器“Genoa”(熱那亞)就官宣11月11日發布，最多96核心192線程。而英特爾受制于Intel 7工藝的拖累，原定去年就發布的下一代60核心至強處理器Sapphire Rapids量產時間一拖再拖，延遲到了2023年上半年。集邦咨詢預計，AMD 2022年底在x86服務器市場上的份額有望上漲到15％，2023年第四季度甚至可能會超過22％。

AMD資深副總裁、產品技術架構師Sam Naffziger就曾在ISSCC 2021峰會上解釋了AMD重用Chiplet技術的主因，一方面自然是晶圓工藝節點進展緩慢，另一方面則是較小尺寸裸晶具有更高的良率。

通過Chiplet技術，處理器核心可以最先進的工藝節點，而內存和 I/O 控制器功能則可以使用上一代甚至更早的工藝節點，從而在性能和成本之間取得平衡。AMD也就是借助Chiplet瘋狂堆核心，在和英特爾的多年惡斗中少有地占領了一時上風。

蘋果等企業同樣重視Chiplet。2022年3月，蘋果自研的M1 Ultra，具有 1140 億個晶體管，成為 Apple 迄今為止最大的硅芯片。而這種芯片尺寸，超出了光刻掩模版尺寸，也自然只能通過Chiplet技術進行系統級封裝（System on Package，SoP）——M1 Ultra正是由兩枚 M1 Max 晶粒通過UltraFusion 封裝架構內部互連而成。

Chiplet與中國封測產業

在芯片設計、晶圓制造和芯片封測三大芯片上下游產業鏈中，中國最弱的是晶圓制造環節，而在芯片設計、芯片封測領域，則距離第一梯隊其實差距并不大。

“幸運”的是，Chiplet技術從半導體產業鏈分工上，屬于先進封裝技術。要實現 Chiplet這種高靈活度、高性能、低成本的IP 重用模式，首先就要具備先進的芯片集成封裝技術。

而中國封測產業一大批企業還是具有技術先進性的。長電科技、通富微電、華天科技、晶方科技、偉測、利揚、華潤微電子封裝測試事業群等封測廠商均有著不俗實力。2021年長電科技市占率位居全球第三，通富微電、華天科技也分別位列全球第五、六名。

也因此，很多人都對借助先進封測技術，來緩解晶圓代工上先進制程的卡脖子之難抱有期待。

華為2021年年報發布會上，華為輪值董事長郭平就表示，用面積換性能，用堆疊換性能，使得不那么先進的工藝也能持續讓華為在未來的產品里面，能夠具有競爭力。這也被很多人解讀為，華為在Chiplet技術上在著手準備。

隨著行業進入后摩爾時代，Chiplet等技術也確實帶來更多想象力。

浙江大學微納電子學院院長吳漢明就指出，從制造成本上來看，28nm以前的工藝制造成本下降速度較快，但28nm之后制造成本下降趨緩；能性能上看，2002年以前芯片每年可以提升52%，2002年到2014年，每年提升降為12%，而2014年之后，性能每年僅能提升3.5%左右。

英特爾被網友戲稱為“牙膏廠”，也正是因為2014年之后酷睿一直在14nm工藝節點止步不前、每代酷睿IPC提升大都是個位百分數。

為了在后摩爾時代實現芯片算力的持續增長，吳漢明提出了三條突破途徑：三維異質集成晶圓級集成、存算一體范式、可重構計算架構。實際上，上述三種技術路徑，都與Chiplet技術有著千絲萬縷的關系。

長電科技CEO鄭力在2021年的一場演講中就指出，后道成品制造在產業鏈中的地位愈發重要，有望成為集成電路產業新的制高點，如先進封裝就可能成為后摩爾時代的重要顛覆性技術之一。

清華大學教授魏少軍也指出，雖然封測業看似仍以加工為主要特點，一度被認為技術含量不高，但未來，以三維混合鍵合技術為代表的微納系統集成有可能改變整個產業格局，前道后道工序相結合，甚至在前道工藝當中嵌入后道，后道當中集成前道，將成為一種大的趨勢，這給封測業、設計業、制造業提出了全新的挑戰。

這也意味著，封裝產業中先進封裝的占比將會越來越高。調研機構 Yole預計，2021年先進封裝的市場規模約為350億美元，占全部封裝（約777億美元）的比例約為45%；2025年占比將增長到49.4%，將成為全球封裝市場的主要增量。

先進封裝比例的提高，也意味著封裝、測試產業整體占集成電路產業的份額也會提高。?中國半導體行業協會統計數據顯示，2021年中國集成電路產業銷售額為10458.3億元。其中設計業、制造業?、封測業的占比為43.2%:30.4%:26.4%。而世界集成電路產業三業結構合理占比（設計:晶圓:封測）為3:4:3，隨著Chiplet技術在封測行業中的更多應用，也許中國封測產業的占比將在短期內就達到、超過30%。

異構集成能否助力彎道超車

?Chiplet技術作為一種異構集成的封裝方案，在摩爾定律接近極限之時，被很多人寄予厚望：既然先進制程被卡脖子，那么能否借助Chiplet等新技術，使用國產化程度更高的成熟制程實現高算力來破除卡脖子難題？

思考這個問題之前，其實可以思考另一個問題：AMD從被英特爾按在地上摩擦，到有反身之力，靠的更多是Chiplet技術，還是臺積電的先進制程？

2017年，AMD借助Zen架構的銳龍處理器再次回到舞臺，但是第一代Zen架構雖然優秀，并未給到英特爾壓力。第一代Zen微架構的處理器主要都是在格羅方德位于美國紐約州的Fab 8廠制造，制程工藝14nm LPP。但格羅方德的14nm工藝并不足以與當時英特爾改進數代的14nm工藝相比，AMD不得不在2017年又以1億美元的代價修訂與格羅方德的合同，不再排除讓三星、臺積電代工制造的可能。

實際上，正是在臺積電7nm先進制程下的加持下，Zen3架構的芯片性能才真正超過英特爾。甚至于Zen3用一代處理器扛住了英特爾基本同時期的三代酷睿（10代、11代、12代）：完全碾壓10代、大幅超越11代、甚至與12代還能互有勝負，直到英特爾13代酷睿才大幅領先Zen3架構。

而近日，AMD正式發布了新一代旗艦GPU RX 7000系列，采用RDNA3內核GPU。蘇姿豐特別強調說，RDNA3是全球第一款“Chiplet”游戲GPU，將一組有不同特定功能的獨立芯片裸片分別制造，然后封裝集成在一起，從而實現更具彈性的設計、更高良率和更低成本

此前AMD憑借制程工藝的優勢，在芯片頻率、能效比方面較英偉達同代產品具有一定技術優勢，但市場競爭中依然不敵英偉達。但英偉達RTX40系列顯卡也將從三星換用臺積電4nm，英偉達在補齊了能效比方面的短板后，失去先進制程優勢的AMD要用什么對抗擁有壟斷地位的英偉達？

怪不得蘇姿豐拿Chiplet技術作為AMD最新GPU的一個亮點去介紹了。但GPU岌岌可危，CPU同樣不容樂觀，英特爾13代酷睿對比AMD的Zen4架構又拉開了不少差距，Zen3時代借助臺積電先進制程優勢帶來的“AMD，YES”，恐怕難以再現。

顯然，Chiplet技術幫助AMD雪中送炭，但卻沒有幫助AMD進一步錦上添花，以對抗用更多小核心耍花招的英特爾。

但Chiplet技術，對于亟需突破先進制程封鎖的中國半導體產業而言，卻不能雪中送炭，而是可以幫助中國芯片設計企業、晶圓代工企業在異構集成技術上有一定積累之后的錦上添花。這一點恰好與Chiplet技術在AMD上的效果相反。

?在核心的處理上，對次級晶圓屏蔽部分核心區分于高端芯片，是常見的做法，不過一般都會保持對稱的偶數核心。但AMD更加大膽，再將沒有達到要求的核心屏蔽掉，就有了原生四核架構的雙核、甚至“三腳貓”三核CPU，如Phenom II X3和X2系列處理器。

既然能夠屏蔽核心，也同樣可以用Chiplet形式增加核心。或許AMD對于Chiplet技術的熱衷，就與其從屏蔽核心時代走來有關。畢竟在屏蔽核心上，AMD比英特爾玩出過更多花樣。

先進制程的重要性，是Chiplet技術難以彎道超車的。哪怕Chiplet技術允許先進制程和成熟制程異構連接，但也需要不同核心中性能取向部分采用先進制程。如果都采用成熟制程“搭積木”，盡管可以取得部分成效，但也難以替代先進制程。

業內專家莫大康也指出，從國際上Chiplet技術較為領先的企業來看，Chiplet技術并目前非由封裝企業來主導，而是由Fabless企業主導，外加代工產業的大力支持。這是由于Chiplet技術涉及很多不同的產業，例如，涉及如何分割、分割后的聯結、RDL技術、重新布線等。

對于中國半導體產業而言，由于封裝技術往往是由封裝企業來主導，因此，Chiplet等先進技術僅由封裝廠來操作就有一定的困難，缺乏國際上Fabless企業、晶圓代工企業互相配合積累的“know-how”，預計還需要較長時間磨合。

不過，半導體產業有著“需求產生-供不應求-價格上漲-擴充產能-產能過剩-價格下跌-重新洗牌”的周期規律。我們也并不會把彎道超車的念想放在一項Chiplet技術上。在行業周期下行之時，更多半導體企業只要找準新技術風口，抓住重新洗牌的機會，未嘗不能超車。?