Chiplet需求飙升 为何chiplet产能无法迅速提高？

制造2D和2.5D multi-die的技术已存在了近十年。然而，在Generative AI时代来临之前，chiplet的需求一直萎靡不振。Nvidia的AI处理器横扫市场，引发了一场突如其来的变革，让foundry和OSAT公司们措手不及。现在的关键是，跃跃欲试的chiplet公司们还能等多久，以及是否可以选择去中国生产chiplet。

随着全球chiplet需求的飙升，产能短缺问题已成为AI处理器、HPC开发商和寻求可扩展汽车半导体设计的OEM/Tier 1的当务之急。

Faraday USA（台湾公司在美国的分支机构）总裁K.H.Lee说，像雪片一样飞过来的chiplet RFQ让他们忙得不可开交。这些RFQ主要来自美国和中国公司。

汽车技术和商业专家、Hoellisch Consulting的CEO兼创始人Juergen Hoellisch本周表示，他的公司正在处理大量来自欧洲OEM的紧急请求，他们都渴望与chiplet公司合作。他说：“他们甚至告诉我，如果没有合适的公司，就找中国的chiplet公司吧。”

事实上，中小型公司与任何foundry谈判产能的机会都不大，尤其是TSMC。目前，TSMC的大部分chiplet产能都已预定。Nvidia和AMD共占据了高达80%的chiplet产能，Broadcom则占了另外的10%。

在这样的背景下，AI硬件初创公司Tenstorrent本周宣布选择Samsung作为其chiplet的foundry合作伙伴，令人感到意外。Tenstorrent的明星CEO Jim Keller在一份声明中说：“Samsung foundry致力于推动半导体技术的发展，这与我们推进RISC-V和AI的愿景不谋而合，使他们成为将我们的AI chiplet推向市场的理想合作伙伴。”

目前，TSMC、Samsung和Intel三大foundry都提供chiplet生产。但没有一家有足够的产能。据业内人士称，“至少要推迟一年或一年半”，foundry才能开始处理任何的chiplet项目。

更糟糕的是，在供应紧缩期间，领先foundry开发的内部先进封装已成为chiplet客户难以逾越的障碍。

以TSMC为例。凭借CoWoS（Chip on Wafer on Substrate）封装，TSMC向客户吹嘘自己有能力将处理器、内存和图形处理器等多个芯片或die集成到一个封装中。TSMC通过取代负责开发先进封装的OSAT（Outsourced Semiconductor Assembly and Test）公司实现了这一目标。TSMC甚至禁止客户到foundry以外的地方进行高级封装。

然而，面对当下紧张的CoWoS晶圆加工能力，TSMC突然改弦易辙。它现在允许客户与OSAT公司合作，并鼓励他们寻找自己的解决方案。

据报道，一些客户已转向Samsung生产芯片。但Samsung的产能也迅速饱和。Samsung与韩国领先的OSAT公司Amkor Technology签订了协议，后者的富余产能也在迅速减少。

为何chiplet产能无法迅速提高？

据报道，TSMC目前的CoWoS高级封装产能为每月12,000件。Faraday的Lee表示“这个数字微不足道“，与TSMC每个节点的常规CMOS晶圆处理能力（每月15万个）相比，这简直不值得一提。

更麻烦的是，提高foundry的chiplet处理能力并不那么简单。chiplet和封装技术必须齐头并进，这样才能在先进封装中解决最终产品的所有机械、热管理和电气问题。这就要求在工程设计上给予更多关注。此外，这个过程仍然是手工操作，Lee说：“它不是自动化的，这就意味着，它不是foundry的24小时作业。”

与OSAT公司合作？

在chiplet上可随意与OSAT合作听起来很自由。但其实只会带来新的麻烦。

小型chiplet供应商或刚刚涉足chiplet领域的公司面临着一个重大挑战，即如何找到合适的OSAT公司与之合作。下一个障碍是获得所选OSAT的充分关注。（什么？从未与OSAT公司合作过？那祝你好运。）

最关键的是，对于任何习惯于让foundry负责从2D和2.5D chiplet设计到先进封装的企业来说，chiplet的技术细节完全是个黑箱。长期以来的谜团包括chiplet如何连接、die之间使用哪种类型的interposer或基板以及如何优化。

Faraday的作用

Faraday希望填补那些渴望开发chiplet，但被TSMC或Samsung的产能拒之门外的中小型公司的需求空白。

最重要的是，Lee强调Faraday非常清楚如何生产interposer。“没有interposer，就无法构建chiplet“。凭借SoC和IP设计能力，Lee将Faraday描述为“多源chiplet封装的中立主机”。

Faraday的另一个优势是它的血统。Faraday是一家ASIC/SoC和芯片IP的fabless公司。其优势在于灵活的业务模式，允许处于不同设计阶段的客户开始实施ASIC。

Lee表示，Faraday从建立ASIC设计流程中获得的高速IP设计和测试经验将为其chiplet业务提供支持。

由于总部在台湾，Faraday在管理“跨foundry处理”方面具有物流优势。该公司称，它与UMC和台湾的OSAT公司关系密切，能够“对台湾Tier 1 OSAT的产能、产量、质量和生产进度控制进行本地管理”。

Faraday声称，它与台湾Tier 1在OSAT运营方面有着牢固的关系和良好的记录。(Image：Faraday）

目前，Nvidia除了与TSMC合作外，还与UMC合作。Nvidia在UMC制造的chiplet interposer由Faraday生产。有了这些联系，Faraday有信心为chiplet客户提供经验和服务。

Lee指出，Samsung目前由于产能紧张也正在向Faraday介绍客户。

车厂为何选择chiplet？

除了数据中心和AI硬件设计，汽车行业也在推动chiplet需求的增长。

面对来自中国日益激烈的竞争和Tesla在电动车领域的巨大领先优势，车厂正转向chiplet，提出一种革命性的方法。

Imec的汽车VP Bart Plackle认为，汽车行业的生态系统“已被完全颠覆”。在前不久的AutoSens会议上，他在一个chiplet论坛上解释说，Tier 1提供集成、Tier 2只提供组件的传统观念已经过时。他说：“Nvidia和Qualcomm不仅提供芯片，还提供整个堆栈，而OEM则希望通过chiplet来颠覆生态系统。”

车厂被chiplet的概念所吸引，因为它承诺提供自由组合和匹配不同“积木”的能力，就像乐高一样。

Plackle说，OEM希望为其高端产品“挑选”CPU、GPU和加速器，同时为中低端产品开发单独的集群。这种软件包级的集成、验证和测试可能成为OEM、Tier 1或Tier 2的职责。

Chiplet论坛主持人Hoellisch对此表示赞同。他解释说，chiplet“可以为汽车行业注入全新的活力。降低成本、提高性能，还能大大加快整体设计时间”。

目前chiplet产能不足的问题在车厂中可能还不是什么大问题，因为他们仍在摸索中。他们希望最终能开发并商定chiplet之间的某些标准化接口。

然而，chiplet产能的限制暴露了未来潜在的危机。倾向于采用垂直模式生产芯片的foundry很可能会与倾向于采用水平方式的汽车行业的公司们发生冲突。

到目前为止，foundry之所以选择垂直模式，是因为他们希望控制从设计到封装的整个chiplet加工链。OEM、Tier 1和Tier 2则在追求纯粹、灵活和理想的横向的chiplet的设计梦想，在这种理想模式下，他们可以自由选择由不同chiplet公司设计、不同foundry制造的chiplet。

中国情况怎么样？

Plackle认为，中国在chiplet设计和开发方面比西方“至少领先两年”。

当中国公司无法获得先进工艺节点时，中国政府和芯片公司集体决定选择chiplet。Plackle说：“如果你看看他们的chiplet设计得有多好，以及他们是如何专注于解决具体问题的，我就会感到担忧。相比之下，在西方，我们现在才开始讨论chiplet，并开始结成联盟。”

在中国的许多汽车芯片开发商中，包括地平线和黑芝麻，chiplet已被放在最高优先级。

两个月前，Routers援引了Anaqua分析解决方案总监Shayne Phillips的观点：“华为去年在中国公布了900多项chiplet相关的专利申请和授权，远远高于2017年的30项。”

中国也有OSAT公司，包括JCET和同孚，都活跃在chiplet领域。据报道，它们正在开发2.5D、3D先进chiplet封装。

芯原（VeriSilicon）拥有多种用于multi-chiplet设计的验证工具，据说服务于HPC领域的公司都在使用。今年早些时候，芯原的CEO戴伟民（Wayne Dai）在宣布公司加入UCIe产业联盟时说：“平板电脑/笔记本电脑需要更多不同功能的异构处理器IP，数据中心需要集成多个通用高性能计算模块，车规级chiplet可以显著提高汽车芯片的迭代效率，降低单芯片故障带来的潜在安全风险，这些都是chiplet的理想用例。”

显然，中国公司明白这一点。Chiplet是未来的趋势。

然而，问题依然存在。在中国，谁在制造这些chiplet，采用何种互连和接口技术？谁在提供interposer？

Faraday的Lee证实了中国对chiplet的浓厚兴趣。但他补充说：“我不得不说，现在，这还只是一个试验。每个人都想知道这是否可行。每个人都在努力实现这一目标。但他们仍在进行评估。这就是我们收到越来越多RFQ的原因。”

审核编辑：刘清