目前的半导体技术发展日新月异，小芯片（Chiplet）技术作为一项开创性的技术，可以解决传统单片系统级芯片（SoC）设计所面临的诸多挑战。随着摩尔定律的放缓，半导体行业正在寻求创新的解决方案，以期在不增加晶体管密度的情况下提高芯片性能和功能。小芯片技术为芯片设计与制造提供了一条充满希望的前进道路，带来了灵活性、模块化、可定制性、高效性以及成本效益等诸多优势。
目前，AMD和英特尔等公司是这一技术的领导者，AMD的EPYC处理器和英特尔的Ponte Vecchio数据中心GPU等产品都展示了小芯片在提升核心数量和整合多样化功能方面的潜力。
那什么是小芯片呢？小芯片（Chiplet）是指预先制造好、具有特定功能、可组合集成的芯片（Die），也被称为“芯粒”。小芯片类似于乐高玩具，可以通过不同的组合来实现复杂的功能，这使得它在面对先进制程封锁时成为一种有效的替代方案。
小芯片也是离散的、模块化半导体组件，这些组件在集成到更大的系统之前会分别进行协同设计和制造。这种方法类似于模块上的SoC，其中每个小芯片都设计为与其他小芯片协同工作，因此需要在设计上进行协同优化。小芯片的模块化特性与半导体行业的主要趋势（如IP小芯片化、集成异构化、I/O增量化）相契合。此外，小芯片还与异构集成和先进封装技术相关联。
为什么小芯片技术越来越受欢迎？
摩尔定律的放缓使得在有限区域内增加更多晶体管变得越来越困难。因此，关注点已经转向提高功能密度——这正是小芯片设计擅长的领域。与此同时，开发工作也越来越侧重于系统级集成，而不仅仅是晶圆制造。
小芯片技术的采用得益于其能够解决传统单芯片设计中固有的几个关键限制。一个优势是它能够克服诸如光罩尺寸和内存墙等限制，这些限制传统上阻碍了半导体器件的性能和可扩展性。通过将芯片功能模块化为离散的小芯片，制造商可以更有效地优化半导体材料和工艺节点的使用。
此外，小芯片能够更好地利用晶圆边角空间，并且芯片上的缺陷率更低，这在传统芯片设计中往往得不到充分利用，尤其是在需要越来越多功能的更大规模SoC中。这些离散组件可以在集成之前进行单独的测试和验证。因此，制造良率得以提高，从而提高了输出质量并降低了单位成本。
另外，小芯片技术促进了更灵活的设计流程，能够在无需全新芯片设计的情况下，将针对特定应用量身定制的多样化功能集成在一起。这种灵活性不仅减少了开发时间和成本，还使得技术能够快速适应不断变化的需求。
小芯片的特性使得制造商能够从不同地区的多个供应商处采购不同部件。这种多样化降低了对任何单一供应商或地理区域的依赖，从而增强了供应链的韧性。在地缘政治紧张局势和贸易限制的背景下，小芯片技术通过减轻供应中断相关的风险，提供了战略优势。通过采用小芯片设计，企业可以更有效地应对这些限制，确保关键部件的稳定供应，而无需过度依赖政治不稳定或受贸易制裁影响的地区。
综上所述，这些因素使得小芯片技术成为制造商在寻求提升性能的同时保持经济效率的一个有吸引力的选择。
小芯片普及应用面临的挑战
尽管小芯片带来了诸多优势，但也提出了一些新的挑战。首先，多个小芯片的集成需要先进的互连技术和标准，以确保组件之间的无缝通信。这要求具备高带宽、低延迟和高可靠性的互连解决方案。
而目前，互连技术的研发和标准制定仍处于发展阶段，尚未形成统一的标准体系，这给小芯片技术的广泛应用带来了挑战。
热管理则是另一个关键领域，因为功能密度的增加，小芯片在集成时如果管理不当可能会导致过热，这样可能会导致系统性能下降甚至损坏。有效的热管理解决方案需要综合考虑散热设计、材料选择以及热传导机制等多个方面，以确保小芯片在长时间运行中的稳定性和可靠性。
但这些挑战也为供应链中的各个参与者带来了机遇。例如，在小芯片设计的封装中，不同区域需要不同类型的填充材料来满足特定需求，如保护芯片本身、提供机械支撑和热稳定性，以及保护连接小芯片的精细引线和焊球，防止分层或分离等问题。这催生了对提高可靠性和性能的创新材料的需求。
当前市场概况
全球小芯片市场正经历显著增长。据IDTechEx最新报告显示，预计至2035年，受数据中心和人工智能等领域高性能计算需求的驱动，小芯片的市场规模将达到4110亿美元。小芯片的模块化特性促进了快速创新和定制化，满足了特定市场需求，同时缩短了开发周期并降低了成本。
另一家研究机构Market.us也给出了类似的预测，到2024年，全球小芯片市场规模预计将增至44亿美元，较2023年有明显增长。从更长远的角度来看，该机构预测从2024年至2033年，Chiplet市场的复合年增长率(CAGR)将达到高达42.5%。到2033年，全球Chiplet市场规模预计将达到1070亿美元。
写在最后
随着数据中心、人工智能等技术的快速发展，对高性能计算的需求不断增加。小芯片技术通过其具有的模块化、可定制化等特点，能够满足这些领域对高性能、低功耗芯片的需求。另外，未来，随着互连技术的进一步发展，已经材料技术的创新，相信会为小芯片技术的普及应用扫清障碍，使其实现快速发展和广泛应用。