Chiplet能躲过出口管制吗？

Chiplet能够推动半导体行业的发展，使系统公司和半导体供应商能够混合和匹配不同代工厂生产的chiplet，实现异构集成。不过，这一概念也有助于中国开发国产AI处理器，从而与目前被禁止出口的西方公司生产的处理器相抗衡。

上月底，美国商务部工业与安全局（BIS）根据《出口管理条例》（EAR）公布了最新的出口管制措施，涉及先进计算项目和半导体制造设备。

在密密麻麻的官方文章中，有一处提到了chiplet，而这项技术在科技媒体上基本没有报道。

更新的出口管制规定将于2023年11月17日生效，其中增加了对chiplet的限制。

这次增加表明，美国政府越来越担心中国的电子产业可能利用chiplet件作为一个漏洞，推进其AI处理器的议程。此举是在美国出口控制限制了中国使用EUV光刻设备制造更精细节点芯片的能力的背景下发生的。与此同时，美国芯片制造商如Nvidia被禁止向中国出口高端AI处理器。

分解高端处理器如chiplet，并限制获取先进制造工具，是美国出口管制机构以国家安全为名采取的一些措施，旨在防止知识产权泄露。鉴于这一历史背景，看到美国政府最初的想法反而困扰着日益紧张的美中贸易关系，几乎可以说是具有讽刺意味的。

解析美国chiplet限制规定

在更新的法规中，美国政府提醒半导体制造商注意芯片设计是否包含多个chiplet。

规定指出：

……如果晶圆代工厂知道单个封装中将包含多个chiplet，那么晶圆代工厂应估算出其负责制造的任何chiplet中晶体管的总数。晶圆代工厂无需计算其本身不负责制造的chiplet的晶体管数量。

美国监管机构为高度集成芯片设定的门槛是晶体管数量超过500亿个。

该条例还规定：

……这一标准指出，如果所生产的物品是集成电路、计算机、“电子组件”或“部件”，并且集成了超过500亿个晶体管和高带宽内存（HBM），那么这表明如果该“直接产品”预定发往国家群组中的任何目的地，根据《出口管理条例》（EAR）重新出口或从国外出口很有可能需要获得许可。

换句话说，如果晶圆代工厂知道客户将芯片作为chiplet使用，就必须把所有chiplet加在一起计算出晶体管的总和。如果总数超过500亿，就会引起美国政府的“警惕”，可能需要申请许可。

更新后的规定还继续写道：

为了计算芯片内晶体管的数量，晶圆厂有两个选择。首先，晶圆厂可以取用制造该芯片所用工艺节点的晶体管密度，并将这个密度乘以芯片的面积。这个数字可能会比真实的晶体管数量高出很多，但如果结果低于相关的晶体管阈值，那么晶圆厂可以确信所涉及的芯片不会超过该阈值。其次，为了判定边缘案例，晶圆厂可以使用标准的设计验证工具，根据GDS文件估算芯片上的（活动和被动）晶体管数量。无论采用哪种方法，如果晶圆厂知道将在单个封装中包含多个chiplet，那么晶圆厂应估算其负责制造的任何chiplet中的晶体管总数。晶圆厂无需计算其本身不负责制造的chiplet的晶体管数量。

这对中国出口意味着什么？

Chiplet限制给美国的出口管制增添了新的砝码，迫使芯片公司考虑什么能做，什么不能做。

Yole Intelligence高级技术和市场分析师John Lorenz说：“我们一直在讨论chiplet，以此来克服制造方面出现的一些障碍。这些挑战包括缩小光刻的物理学问题和大型芯片的问题。但在这里，我们现在讨论的是chiplet可能作为克服某些出口管制的一种方法。”

Lorenz说：“以Nvidia的H100为例，它自2022年起就被禁止出口。这是一个单片，有800亿个晶体管。TSMC制造的芯片面积超过800平方毫米。至于节点，大约是每平方毫米1亿个晶体管。”

中国能用chiplet制造出相当于H100的芯片吗？

目前还不清楚中国能否做到这一点。考虑到中国现有的工艺节点，Lorenz表示，“这会成为一个更大的芯片。如果客户使用SMIC来制造一个拥有800亿个晶体管的芯片，那么它将有3000平方毫米那么大，这是非常离谱的。”

换句话说，chiplet还不能让中国自动开发出与华盛顿禁止出口的AI处理器相当的处理器。不过，Lorenz指出，中国政府自给自足的目标可能会改变中美科技竞争的态势。

这对美国公司意味着什么？

‍‍

虽然全球chiplet市场仍未成形，但许多芯片公司和系统供应商都把希望寄托在开放的chiplet经济上。

在合作伙伴层面，Nvidia和MTK公布了针对MTK汽车平台的新Nvidia GPU chiplet计划。这家台湾芯片公司表示，将利用这笔交易为“下一代智能座舱提供最先进的AI、互联和计算能力”。

由于没有现成的设备，chiplet集成的努力源于合作伙伴关系。一位不愿透露姓名的业内专家解释说：“Intel内部、Nvidia+TSMC等，目前还没有类似Digikey/Mouser的独立分销商。简言之，Nvidia或其他任何向中国销售chiplet的公司都必须是高级别的合作伙伴。”

到目前为止，数据中心和Nvidia级的chiplet一直是市场赢家。这两种chiplet肯定都在美国的出口管制范围之内。但新的芯片呢？

Financial Times本周援引泄露文件报道称，Nvidia为中国量身定制了三款新的芯片，既能满足日益增长的AI技术需求，又符合美国的出口管制。

据报道，这三款芯片被命名为H20、L20和L2，其整体性能“与Nvidia之前在中国销售的芯片相比有所降低”。

这些新芯片可以作为chiplet销售吗？更重要的是，中国客户能否利用这些设计出功能更强大、封装更先进的chiplet？

Yole的Lorenz预计，美国政府将不断更新法规，这意味着监管机构可能会设法阻止这些基于chiplet的先进设计。

HBM又如何呢？

在新的出口限制中，监管机构还提到HBM是一个潜在的警示标志。

Lorenz指出，HBM（也是一种芯片）是当前AI技术浪潮中的关键一环。

他说：“HBM对这些AI技术非常重要，因为模型规模越来越大，你希望将整个模型存储在靠近加速器的HBM中，并能够通过加速器内核传递这些参数，而不是等待它通过系统内存。”

如果中国不能进口HBM，就必须自己开发。尽管去年夏天有媒体报道称，中国的DRAM供应商长江存储（YMTC）正在开发“类似HBM的DRAM”，但Lorenz认为还有很长的路要走。

他补充说，一些基础技术包括长江存储正在开发的混合键合技术。他补充说，这与HBM不同，但中国“至少正在建立这些封装技术背后的知识基础”，这可能有助于长远的发展。

当被问及未来中国chiplet设计是否会缺乏HBM时，技术专家Ron Wilson指出，开发类似HBM的DRAM具有挑战性，并补充说：“这应该不需要任何违反美国出口管制的技术。”

Wilson继续说：“也许结果不会像Micron或Samsung所能做到的那样密集或快速，但它应该足以让中国在AI竞争中保持优势。将chiplet与HBM堆栈结合起来所需的堆叠和interposer（或有机基板）技术也是如此。”

中国有自己的“chiplet互连接口标准”，即ACC1.0，最初于2022年发布。

Wilson认为：“中国将在政府的支持下开发自己的互连标准和可互操作的chiplet库，包括国产HBM。这不会是一个轻松的挑战，但对他们来说风险很高，而且这项任务与华为在几乎创建5G标准时所完成的任务并无太大区别。”

与此同时，不要指望美国监管机构会坐以待毙。

一位行业观察家表示，出口规则在不断变化，因此像使用chiplet规避出口管制这样的漏洞“可以很快修补”。“在出口管制方面，美国政府一直相当灵活”。

看似对于美国供应商来说，生产一个略低于5000万晶体管的高度集成芯片，并将其出口到中国并不困难。但有意思的是，据行业消息来源称，“出口分类由供应商自行管理，没有政府分类机构。”

在西方国家试图制定chiplet出口战略之际，中国正在制定自己的chiplet标准。中美贸易关系的恶化只会加剧两国之间的分歧，使新兴的全球chiplet市场分为两个不同的地缘政治派别。