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打破美国封锁 Chiplet、光子芯片、量子芯片 中国最有可能弯道超车的关键

2022-11-02

在全球市场,以Intel、思科、Inphi、Mellanox为代表的美国企业包揽了硅光芯片和模块出货量的大部分,在行业内占据领先地位。而在国内市场,华为、光迅科技、亨通光电、博创科技、中际旭创、华工科技、新易盛等国产厂商入局较晚,目前占据的市场份额相对较小,但随着近年来在该技术上的不断投入,已逐渐缩小与国外头部企业的差距。

别于集成电路的标准化与分工明细化,中间可以省略很多复杂的环节。而光子芯片的结构对工艺需求较低,一般是百纳米级别就够了,国产的90nm光刻机足够使用了。

但不管怎么说,Chiplet给国人带来了希望。2022年3月,Chiplet的高速互联标准——UCIe(UniversalChiplet Interconnect Expss,通用芯粒互联技术)正式推出,旨在芯片封装层面确立互联 互通的统一标准,打造一个开放 性的 Chiplet 生态系统。在解决Chiplet 标准化方面具有划时代意义。对于中国半导体而言,后摩尔时代 Chiplet 是中国与国外技术差距相对较小的封装技术领域。

海外方面,AMD、Intel较早涉足Chiplet领域,AMD、ARM、谷歌云、Intel、Meta、台积电等于2022年3月,共同成立Chiplet行业联盟,制定行业标准UCIe,后续英伟达等发布支持UCIe的芯片。而在国内,华为海思于2014年即进行过Chiplet尝试,2019年发布基于Chiplet的鲲鹏芯片,芯原股份2022年成为中国首批加入UCIe的本土企业,此外寒武纪、芯动科技等均发布了基于Chiplet的芯片。

此外,随着先进工艺演进到了3nm、2nm,用提升晶体管密度来提高性能的做法遇到了瓶颈,摩尔定律开始放缓甚至停滞。产业开始思考将不同工艺的模块化芯片,像拼接乐高积木一样用封装技术整合在一起,在提升性能的同时实现低成本和高良率,这就是芯粒(Chiplet)。通过堆叠的方式,实现同样面积、更高晶体管密度,或在制程稍落后的情况下实现更先进制程的同等性能。Chiplet芯片市场空间之2024年有望达58亿美元,至2035年有望达570亿美元。

美国不断出台对华半导体出口限制措施的背景下,通过Chiplet技术能绕开先进制程限制的观点开始风靡于市场中。有专家理性地表示,Chiplet可以将多个采用低工艺制程的模块,比如22nm工艺的模块拼装在一起,从而达到7nm工艺芯片的性能。但这种方案只能说应急,但绝不是正道。你可以通过几个14纳米模块的联系把性能往上提一提,但在同等面积下,肯定是比不过7nm的,先进制程是绕不开的,所以美国现在完全不让你买先进制程的产品,确实给产业带来不小的麻烦。

Chiplet是一次技术升级,包括封装测试技术、EDA工具、芯片架构设计等,也可能带来一次对传统半导体产业链的重构。

还有报道称,【科学家发现在普通电子产品中产生量子态的方法 可能会打破摩尔定律】。量子芯片,这种芯片的生产方式与传统的硅基芯片,存在根本意义上底层逻辑的不同。它不再使用传统的硅基材料作为载体,而是利用量子层面粒子的碰撞来进行芯片生产,将会具备更高的精度以及信号传输速度,可能会引领芯片行业进入新的纪元。而在量子研究领域我国也已经走在了世界的前列。

Chiplet采用3D封装,该领域中国较海外差距较小,可发挥我国封装优势增强半导体制造实力。通富微电在先进封装方面公司已大规模生产 Chiplet 产品,7nm 产品已大规模量产,5nm 产品已完成研发即将量产。华天科技表示已储备Chiplet相关技术。晶方科技(603005)也表示正在研究Chiplet技术路径的走向。此外,长川科技、华峰测控、兴森科技、华大九天等均有望受益于Chiplet的发展。


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