芯原股份：以“IP芯片化、芯片平台化和平台生态化”推动Chiplet产业化

文︱郭紫文

芯片工艺制程随着摩尔定律持续演进，5nm及以下尖端工艺的芯片规模愈发复杂庞大，动辄数以亿计的晶体管数量逐渐将芯片PPA（性能、功耗和面积）及成本逼近死胡同。

芯原股份创始人、董事长兼总裁戴伟民博士认为，从芯片供应商的角度来看，“先进工艺制程的设计和生产成本很高，而高端工艺主要由少数几家领先的晶圆厂来供应，往往产能有限。”随着市场对于算力与存储的需求愈发高涨，如何平衡芯片PPA目标与成本，逐渐成为半导体产业亟需解决的难题。

另一方面，摩尔定律也逐渐趋于物理极限，业界正在寻求延续或超越摩尔定律的全新方案。因此，在成本、供应受限的情况下，通过Chiplet这种将不同工艺节点的Die混合封装起来的方式，逐渐成为未来芯片的重要趋势之一。

“IP芯片化”与“芯片平台化”

事实上，并非每种芯片都需要5nm及以下尖端工艺，也并非每家公司都能够负担得起5nm工艺的成本。要实现芯片PPA目标，也并不是只能依赖于先进工艺的演进，根据不同应用需求选择合适的工艺制程，将不同工艺的功能模块封装集成起来也是其中一种选择。

以22nm FD-SOI为例，该工艺制程适用于内存、射频和无线技术等面向物联网应用的标准Die。相比之下，12nm FinFET则是实现模拟电路/PHY的最佳节点；5nm FinFET在实施CPU、GPU等高性能计算IP时具有最佳的性能功耗比。未来很长时间内，此三种工艺节点都将是主流的长生命周期节点。

对于芯原股份而言，发展Chiplet技术具有很大的先发优势。据戴伟民博士介绍，作为中国大陆首批加入UCIe联盟的半导体IP供应商，芯原股份拥有丰富的处理器IP储备，以及领先的芯片设计能力，同时与全球主流封测厂、芯片制造厂商都建立了长久的合作关系。

近年来，芯原股份始终致力于推进Chiplet技术和产业的发展，通过“IP芯片化，IP as a Chiplet”， “芯片平台化，Chiplet as a Platform”，和“平台生态化，Platform as an Ecosystem”来实现Chiplet的产业化。

三大领域将率先落地

从应用领域来看，Chiplet技术适用于大规模计算和异构计算等领域。更进一步讲，平板电脑应用处理器、自动驾驶域处理器和数据中心应用处理器将成为Chiplet率先落地的三大应用领域。

除了CPU之外，这些应用领域对于图形处理器（GPU）、神经网络处理器（NPU）、数字信号处理器（DSP）等各类处理器IP均有着很大的需求，且对半导体工艺要求较高。因此，在性能与成本的平衡中，有很大的操作空间。

以汽车领域为例，计算和功能模块均以Chiplet形式单独封装并进行车规验证，只需通过增加Chiplet即可升级汽车芯片，大幅简化了汽车芯片迭代时的设计工作和车规流程，此外，由于几颗Die同时失效的几率远小于一颗单芯片，因此增加了汽车芯片可靠性。

面向智能手机、平板电脑、自动驾驶等领域，芯原股份推出了采用Chiplet架构设计的高端应用处理器平台，集成了芯原的NPU、ISP、VPU等多种处理器IP，从定义到流片仅用了12个月，工程样片已于去年5月回片并顺利点亮，其功能已经得到验证和展示。

攻克Chiplet技术产业化落地难题

从Chiplet技术产业化落地的角度看，芯原股份在发展Chiplet业务的过程中，主要面临着两方面的问题。其一是接口规范标准的统一；其二是Chiplet供应商和应用商谁先迈出第一步的问题，这也是一个“鸡与蛋”的问题。

接口规范标准的统一关系到整个产业链生态的发展，UCIe标准的推出有望解决这一难题。UCIe标准推出之前，各大厂商均有自己的商用Chiplet互连协议，其带宽密度、延迟、能耗以及封装形式等各方面都有着很大的差别，难以实现互连互通。而UCIe标准初步确立了统一的Chiplet互连标准，促进了开放式Chiplet生态系统的发展，进一步将Chiplet理念落实到芯片设计中。

“产业链协同发展，才能带动生态的建设。而统一的接口标准起到了重要的‘桥梁’作用，可以实现来自不同厂商的不同工艺、不同功能的Chiplet之间的互连互通。”戴伟民表示，随着基于同样接口标准、可组合匹配使用的Chiplet产品越来越多，且晶圆厂、封测厂的技术也能很好匹配时，Chiplet的商业化落地进程也将加速推进。

而关于“鸡与蛋”的问题，芯原股份表示，由于Chiplet供应商和应用商关心的具体问题不一致，因而双方容易停留在观望阶段，等待第一个吃螃蟹的人出现。在戴伟民看来，，“Chiplet的供应商较为关心Chiplet的一次性工程费用（NRE）该由谁来承担，而应用商则担心是否有足够丰富的Chiplet可以应用，以及Chiplet产品的性价比能否先被验证后，再决定要不要用。”在这方面，芯原股份致力于打破观望僵局，与潜在客户积极展开深入沟通和交流，以客户需求为导向，探索贴近客户的Chiplet解决方案。

优化产业链分工，推动“轻设计”发展

Chiplet技术已经成为半导体行业的重要发展趋势之一。据研究机构Omdia数据显示，全球Chiplet处理器芯片市场规模预计到2024年达58亿美元，而到2035年将突破570亿美元。

Chiplet技术将促进大规模计算和异构计算芯片的快速发展和应用，并推动先进封装技术的持续进步。对于包括芯原在内的IP供应商而言，Chiplet提高了其IP产品的市场价值，进一步推动了“轻设计”的发展，优化了产业链企业的分工合作模式。

对于芯片设计公司而言，采用Chiplet架构进行芯片设计，能够有效降低大规模芯片设计的门槛，在实现最佳性价比的同时，大幅加快了产品迭代速度和上市时间。而对于芯片制造与封装厂而言，通过Chiplet技术能够突破先进工艺技术的发展限制，参与到大规模高端芯片的设计和前沿技术的发展。

对于缺乏芯片设计经验和资源的企业，Chiplet可以协助这些企业自主开发芯片产品，实现技术和应用创新。芯原股份将进一步发挥公司IP授权业务和芯片定制业务的协同性，实现从半导体IP授权商升级为Chiplet供应商。