海外半導(dǎo)體巨頭紛紛入局 Chiplet

Chiplet能夠避開先進(jìn)制程提升障礙及解決SoC研發(fā)問題，已成為各大廠商追逐的焦點。目前，海外的半導(dǎo)體巨頭蘋果、AMD、英偉達(dá)、英特爾等開始紛紛入局 Chiplet，希望以更小的成本來追求更佳的性能。

其中，2022 年 3 月蘋果發(fā)布的 M1 Ultra芯片采用臺積電CoWos-S 橋接工藝，通過 UltraFusion 封裝架構(gòu)實現(xiàn)核心傳輸速率3200M，算力大幅提升；2023 年1月，Intel官宣推出依靠Chiplet技術(shù)研發(fā)的Sapphire Rapids 處理器，包含52款CPU，最多支持60核，計算能力比上一代芯片提高 53%。

國內(nèi)廠商抓住當(dāng)前機遇，不斷推進(jìn)基于 Chiplet 技術(shù)的產(chǎn)品布局。由于我國半導(dǎo)體行業(yè)起步較晚，尚與國外存在一定差距。Chiplet 能夠緩解設(shè)備和材料受限的壓力，一定程度上解決國內(nèi)高端芯片難題，是破解海外技術(shù)封鎖的關(guān)鍵。Chiplet作為提升算力密度的重要路徑，有望成為我國縮小與國外差距、解決“卡脖子”問題的重要機會，目前國內(nèi)相關(guān)廠商大力布局中。其中，華為 2019 年 1 月研發(fā)推出鯤鵬 920 處理器，采用7nm制造工藝，基于 ARM 架構(gòu)授權(quán)，典型主頻下，SPECint Benchmark 評分超過 930，超出業(yè)界標(biāo)桿 25%，能效比優(yōu)于業(yè)界標(biāo)桿 30%；國產(chǎn) GPU 廠商壁仞科技 2022 年 8 月發(fā)布運用 Chiplet 工藝的 BR100 系列 GPU，包含 2 顆計算芯粒，采用 7nm 制程，實現(xiàn)高達(dá)2048TOPS INT8 算力。

Chiplet 有望滿足不斷增長的芯片性能需求和功能多樣化需求。國外巨頭 Intel、AMD、蘋果、SAMSUNG、臺積電等已積極布局 Chiplet 領(lǐng)域。2022 年 3 月，Intel、AMD 等十大芯片行業(yè)巨頭聯(lián)合組建“UCle 聯(lián)盟”，推出全新的通用芯片互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，使市場上不同 IP 芯粒之間實現(xiàn)高速互聯(lián)，旨在打造開放性的 Chiplet 生態(tài)系統(tǒng)，有望推動解決 Chiplet 標(biāo)準(zhǔn)化問題，有望帶動全球 Chiplet 產(chǎn)業(yè)鏈快速發(fā)展。

國際：技術(shù)領(lǐng)先引領(lǐng)發(fā)展

目前國際先進(jìn)封裝巨頭 Intel、臺積電已擁有相對成熟的 Chiplet 產(chǎn)能布局。1）臺積電開發(fā)的 InFO、CoWoS 以及 SoIC 先進(jìn)封裝技術(shù)現(xiàn)已應(yīng)用于智能手機、5G 網(wǎng)絡(luò)、AI、電子穿戴設(shè)備等多個領(lǐng)域。2）Intel 開發(fā)的 EMIB、Foveros 以及基于以上二者開發(fā)的 Co-EMIB 先進(jìn)封裝技術(shù)，開拓了全新的 3D+2D 封裝設(shè)計思路。

臺積電：1）INFO 屬于 2D 封裝技術(shù)，可應(yīng)用于射頻、無線芯片、處理器、基帶芯片、圖形處理器和網(wǎng)絡(luò)芯片的封裝。TSMC 依靠 INFO 取代三星成為蘋果 iPhone 處理器的生產(chǎn)廠商。2）CoWoS 屬于 2.5D 封裝技術(shù)，于 2012 年開始量產(chǎn)，是將芯片封裝到硅轉(zhuǎn)接板（中介層）上，使用硅轉(zhuǎn)接板上的高密度布線進(jìn)行互連，再安裝在封裝基板上。CoWoS 與 InFO 的區(qū)別是，前者通過硅轉(zhuǎn)接板互連，主要針對高端市場，連線數(shù)量和封裝尺寸相對較大；后者通過基板互連，主要針對性價比市場，封裝尺寸和連線數(shù)量相對較少。3）SoIC 技術(shù)采用創(chuàng)新的多芯片堆棧技術(shù)，包含 CoW（Chip-on-wafer）和 WoW（Wafer-on-wafer）兩種技術(shù)，屬于 3D 封裝。SoIC 沒有凸點的接合結(jié)構(gòu)，因而擁有更高的集成密度和更好的性能。

Intel：1）EMIB 是 Intel 提出的 2D 封裝技術(shù)，屬于有基板類封裝。因為沒有 TSV，EMIB與 2.5D 封裝相比工藝和設(shè)計更加簡單，封裝良率更高。同時相比于傳統(tǒng)的 SoC 芯片，EMIB可以把 10nm 工藝（CPU、GPU）、14nm 工藝（IO 單元、通訊單元）和 22nm 工藝（內(nèi)存）整合到一起。2）Foveros 是 Intel 推出的 3D 堆疊封裝技術(shù)，與 EMIB 相比，F(xiàn)overos 在性能和功能方面差異不大，但在體積、功耗方面占優(yōu)勢，更適用于小尺寸產(chǎn)品。3）Co-EMIB 是EMIB 和 Foveros 的結(jié)合體，其中 EMIB 主要負(fù)責(zé)橫向連接，F(xiàn)overos 負(fù)責(zé)縱向堆棧。通過Co-EMIB 可將多個 3D Foveros 芯片進(jìn)行拼接以制造更大的芯片系統(tǒng)，提供堪比單片的性能。

國內(nèi)：前瞻布局奮力追趕

根據(jù)芯思想研究院數(shù)據(jù)，2022 年長電科技是全球第三，中國大陸第一 OSAT 廠商，全球市占率 10.71%。2023 年，公司將主要投資的重點放在汽車電子專業(yè)封測基地，2.5D Chiplet，新一代功率器件封裝產(chǎn)能規(guī)劃等未來發(fā)展項目。Chiplet 小芯片解決方案的多樣化研發(fā)、PLP 面板級封裝實用技術(shù)研發(fā)、碳化硅，氮化鎵等新一代功率器件模組的研發(fā)將是 2023 年的重點推進(jìn)方向。2023 年 1 月，公司宣布 XDFOI Chiplet 高密度多維異構(gòu)集成系列工藝進(jìn)入穩(wěn)定量產(chǎn)階段，同步實現(xiàn)國際客戶 4nm 節(jié)點多芯片系統(tǒng)集成封裝產(chǎn)品出貨。

根據(jù)芯思想研究院數(shù)據(jù)，2022 年通富微電是全球第四，中國大陸第二 OSAT 廠商，全球市占率 6.51%。公司收購 AMD 蘇州及 AMD 檳城各 85%股權(quán)，是 AMD 最大的封測供應(yīng)商，占其訂單總數(shù) 80%以上，已為其大規(guī)模量產(chǎn) Chiplet 產(chǎn)品。目前，公司自建 2.5D/3D 產(chǎn)線全線通線，1+4 產(chǎn)品及 4 層/8 層堆疊產(chǎn)品研發(fā)穩(wěn)步推進(jìn)；基于 Chip Last 工藝的 Fan-out 技術(shù)，實現(xiàn) 5 層 RDL 超大尺寸封裝（65×65mm）；基于超大多芯片 FCBGA MCM 技術(shù)，實現(xiàn)最高 13 顆芯片集成及 100×100mm 以上超大封裝；完成高層數(shù)再布線技術(shù)開發(fā)，可為客戶提供晶圓級和基板級 Chiplet 封測解決方案，并充分利用其 CPU、GPU 量產(chǎn)封測平臺，深度參與國產(chǎn)半導(dǎo)體高端芯片產(chǎn)業(yè)化過程。

封測技術(shù)：先進(jìn)工藝升級注入活力

Chiplet 推動封裝技術(shù)升級，帶動測試需求同步增長。1）Chiplet 對封裝工藝提出更高要求。Chiplet 與 SiP 相似，都是進(jìn)行不同元件間的整合與封裝，而 Chiplet 的各裸芯片之間是彼此獨立的，整合層次更高。Chiplet 方案需要減少 die-to-die 互連時延同時保證信號傳輸質(zhì)量，要求實現(xiàn)更高的芯片布線密度，進(jìn)一步催化先進(jìn)封裝向高集成、高 I/O 密度的路線發(fā)展。2）Chiplet 將推動芯片測試需求增長。相比 SoC 封裝，基于 Chiplet 架構(gòu)的芯片制作需要多個裸芯片，單個裸芯片失效會導(dǎo)致整個芯片失效，需要進(jìn)行更多測試以減少失效芯片帶來的損失，帶動芯片測試業(yè)務(wù)需求增加。

國內(nèi)領(lǐng)先封測企業(yè)順應(yīng)趨勢，在支持 Chiplet 方案的先進(jìn)封裝布局已初顯成果。長電科技 XDFOI Chiplet 高密度多維異構(gòu)集成系列工藝已進(jìn)入穩(wěn)定量產(chǎn)階段，實現(xiàn)國際客戶 4nm節(jié)點多芯片系統(tǒng)集成封裝產(chǎn)品出貨。XDFOI 可將有機重布線堆疊中介層厚度控制在 50μm以內(nèi)，微凸點(μBump)中心距為 40μm，實現(xiàn)在更薄和更小單位面積內(nèi)進(jìn)行各種高密度工藝集成，最大封裝體面積約為 1500mm2系統(tǒng)級封裝。通富微電是 AMD 重要封測代工廠，在Chiplet、WLP、SiP、Fanout、2.5D、3D 堆疊等方面均有布局和儲備。公司開啟“立足 7nm、進(jìn)階 5nm”的戰(zhàn)略，已具備 7nm Chiplet 先進(jìn)封裝技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)能力，深入開展 5nm 新品研發(fā)，全力支持客戶 5nm 產(chǎn)品導(dǎo)入，現(xiàn)已完成研發(fā)逐步量產(chǎn)，助力大客戶高端進(jìn)階。

封測設(shè)備：國產(chǎn)化滲透有望提速

Chiplet 提高封測設(shè)備要求，市場需求大幅增加。1）Chiplet 實施關(guān)鍵之一在于先進(jìn)封裝技術(shù)的實現(xiàn)，因此對封裝設(shè)備提高了要求及需求。封裝設(shè)備需求增加：例如研磨設(shè)備增加（晶圓需要做的更薄）、切割設(shè)備需求增加、固晶設(shè)備增加（DieBond 要求更高）；新設(shè)備需求：如凸塊（bump）工藝涉及到曝光、回流焊等設(shè)備等。先進(jìn)封裝設(shè)備包括刻蝕機、***、PVD/CVD、涂膠顯影設(shè)備、清洗設(shè)備等。2）Chiplet 技術(shù)為保證芯片良率，購置檢測設(shè)備的數(shù)量將大幅增加。Chiplet 需要的測試機數(shù)量將遠(yuǎn)高于 Soc 芯片測試機。目前 Soc芯片測試對于可能數(shù)?；旌系牡统杀敬鎯π酒炔捎贸闄z方式，而 Chiplet 技術(shù)為保證最后芯片的良率，需保證每個 Chiplet 的 die 有效，將對每個 die 進(jìn)行全檢。

審核編輯：黃飛

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