小芯片大未来！“小芯片”未来5年赢得大市场

小芯片（chiplet）是一种制造系统的方法，这个系统实际上由几个较小的小芯片集成，但是从其封装外部看起来就好像所有功能单元都在一颗芯片上一样。小芯片被业界广泛视为可以保持计算行业系统性能继续提升的一种重要举措。

“小芯片”是什么？

基于Chiplets的系统，简单来说就是未来的电脑系统不再需要各种各样单独的AD7801BR芯片，比如CPU／GPU以及各种芯片控制单元（MCU）。我们只需要一个CPU芯片（Chiplets）和几个GPU，将这些GPU都连接到大硅片承载的Chiplets芯片上，从而构成一体化的芯片网络。

Chiplets的概念其实已存在了几年，随着高级互联和封装技术的日趋成熟，人们对它的关注越来越多。Chiplets可以被理解成是经过设计和制造工艺优化的专用硅块或IP块，这使得它们可以被设计得尽可能小，从而增加其产量并最小化成本。

毕竟，现在7nm工艺的芯片都已经造价不菲，是时候找找解决办法了。

续命摩尔定律！小芯片时代来了

55年前，被推崇为芯片界“圣经”的摩尔定律预言：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数量每隔18－24个月会增加一倍，性能也随之提升一倍。

当年摩尔定律的出现设定了极为关键的技术发展节奏基准，催化了科技市场欣欣向荣，为整个IT行业带来了难以估量的经济价值。

使用先进节点的好处很多，晶体管密度更大、占用空间更少、性能更高、功率更低，但挑战也越来越难以克服。

极小尺寸下，芯片物理瓶颈越来越难以克服。尤其在近几年，先进节点走向10nm、7nm、5nm，问题就不再只是物理障碍了，节点越进化，微缩成本越高，能扛住经济负担的设计公司越来越少。

根据公开报道，28nm节点设计成本约为5000万美元，而到5nm节点，设计总成本已经飙高到逾5亿美元，相当于逾35亿人民币。

而守住摩尔定律，关乎利润最大化，如果研发和生产成本降不下来，那么对于芯片巨头和初创公司来说都将是糟糕的经济负担。

幸运的是，每当摩尔定律被唱衰将走到尽头，总会激发出科学家和工程师们创新构想，提出力挽狂澜的突破性技术，将看似走向终结的摩尔定律一再推向远方。

基于小芯片的模块化设计，正是其中解决成本问题的一个极为关键的构想。

小芯片的三大价值：开发快、成本低、功能多

当前芯片设计模式常从不同IP供应商购买软核IP或硬核IP，再结合自研模块集合成一个片上系统（SoC），然后以某个制造工艺节点生产出芯片。

而小芯片通过先进封装技术，能将多种不同架构、不同工艺节点、甚至来自不同代工厂的专用硅块或IP块集成在一起，可以跳过流片，快速定制出一个能满足多种功能需求的超级芯片产品。

相比单片芯片，小芯片带来的好处是多重的。

首先，小芯片开发速度更快。

在服务器等计算系统中，电源和性能由CPU核心和缓存支配。通过将内存与I／O接口组合到一个单片I／O芯片上，可减少内存与I／O间的瓶颈延迟，进而帮助提高性能。

其次，小芯片的研发成本更低。

因为小芯片是由不同的芯片模块组合而成，设计者可在特定设计部分选用最先进的技术，在其他部分选用更成熟、廉价的技术，从而节省整体成本。

例如，AMD第二代EPYC服务器处理器Ryzen采用小芯片设计，将更先进的台积电7nm工艺制造的CPU模块与更成熟的格罗方德12／14nm工艺制造的I／O模块组合，7nm可满足高算力的需求，12／14nm则降低了制造成本。

这带来的好处是，7nm制程部分的芯片面积大幅缩减，而采用更成熟制程的I／O模块有助于整体良率的提升，进一步降低晶圆代工成本。综合来看，CPU核心越多，小芯片组合的成本优势越明显。

最后，小芯片能灵活满足不同功能需求。

一方面，小芯片方案具备良好的可扩展性。例如构建了一个基本die后，可能只用一个die可应用于笔记本电脑，两个可应用于台式机，四个可应用于服务器；另一方面，小芯片可以充当异构处理器，将GPU、安全引擎、AI加速器、物联网控制器等不同处理元素按任意数量组合在一起，为各类应用需求提供更丰富的加速选择。

随着小芯片的优势逐渐显露，它正被微处理器、SoC、GPU和可编程逻辑设备（PLD）等更先进和高度集成的半导体设备采用。

根据研究机构统计，微处理器是小芯片最大的细分市场，支持小芯片的微处理器市场份额预计从2018年的4．52亿美元增长到2024年的24亿美元。同时，计算领域将成为小芯片的主要应用市场，今年有望占据小芯片总收入的96％。

市场预测

据市场研究认为，“小芯片”正被更高级和高度集成的半导体设备采用。例如，微处理器（MPU），片上系统（SOC）设备，图形处理单元（GPU）和可编程逻辑设备（PLD），尤其MPU是最受欢迎的。即使仅计算依靠MPU 这个细分市场的“小芯片”市场，到2024年也能达到24亿美元。

“小芯片”将在未来4年内成为集成了图形、安全引擎、人工智能（AI）加速、低功耗物联网（IoT）的应用处理器，这将是其58亿美元市场的最重要因素。

据业内相关人士分析说： “从软件开发人员到系统设计师，再到技术投资者，几十年来，每个人都依赖摩尔定律所规定的两年时间表。随着小芯片的到来，半导体业务和依赖小芯片的业务现在有机会回到惯常的发展速度，这种速度为整个科技行业带来巨大的经济价值。”