Chiplet为什么要把大芯片拆开？

在先进封装领域，Chiplet几乎是绕不开的关键词。

很多人第一次听到Chiplet时，会有一个很直观的疑问：

芯片不是集成度越高越好吗？为什么现在反而要把一颗大芯片拆成很多小芯片？

表面上看，这似乎是一种“倒退”。

过去几十年，半导体产业一直在做的事情，就是把越来越多功能集成到一颗芯片里。

CPU、GPU、缓存、I/O、各种控制模块，能塞进去的尽量塞进去。

但到了先进制程时代，情况开始发生变化。

芯片越做越大，不一定越划算。

而Chiplet的出现，本质上就是在回答一个越来越现实的问题：

当一颗超大芯片越来越难做、越来越贵的时候，有没有另一种方式继续提升系统性能？

答案就是：

把大芯片拆开。

一、为什么过去大家都喜欢“大芯片”？

先说一个最简单的逻辑。

如果很多功能都放在同一颗芯片里，它们之间的连接距离很短。

通信速度快。

功耗低。

延迟也低。

所以从性能角度看，单颗大芯片其实是很理想的。

这也是为什么过去很多高性能芯片都尽可能追求更高集成度。

可以把它理解成一家公司。

如果研发、销售、财务、生产都在同一栋楼里，部门之间沟通当然更方便。

不用坐车。

不用跨城市。

信息传递也快。

芯片也是一样。

不同功能模块都集成在同一片硅上，连接自然最直接。

所以问题从来不是：

“大芯片不好”。

真正的问题是：

大芯片正在变得越来越贵。

二、芯片越大，良率问题越明显

制造芯片并不是在一片完全没有缺陷的晶圆上进行。

现实中，晶圆制造过程中总会存在各种微小缺陷。

如果缺陷落在芯片的关键区域，这颗芯片就可能报废。

那么问题来了。

如果芯片面积很小，一个缺陷可能只影响一颗小芯片。

但如果芯片面积非常大，那么它“碰到缺陷”的概率通常也会更高。

可以做一个简单比喻。

假设一块大玻璃上随机分布着一些小黑点。

如果你要从上面裁出很多小方块，有些方块可能碰到黑点，有些不会。

但如果你要裁一整块特别大的玻璃，只要范围里碰到一个关键黑点，整块可能都不能用了。

芯片也是类似的道理。

于是，当芯片越做越大时，一个非常现实的问题出现了：

面积增加，良率可能下降。

而先进制程本身又非常昂贵。

这就意味着：

一颗大芯片一旦报废，损失会更大。

所以从制造角度看，“做一颗越来越大的芯片”并不是没有代价。

三、Chiplet的第一个价值：把“大风险”拆成“小风险”

这时候，Chiplet的逻辑就出来了。

与其做一颗巨大的芯片，不如把它拆成几个较小的功能模块。

比如：

计算模块一颗；

I/O模块一颗；

缓存模块一颗；

其他功能再分别拆开。

这些小芯片先分别制造。

做完以后，再进行测试。

好的留下。

坏的淘汰。

最后把合格的小芯片重新组合在一起。

这就带来一个非常重要的好处：

不需要因为局部缺陷，直接报废一整颗超大芯片。

当然，这并不意味着Chiplet一定天然高良率。

因为封装和组装本身也会带来新的良率风险。

但它至少提供了一种新的思路：

把“单颗超大芯片制造风险”，拆分成“多个小芯片制造 + 后续组装风险”。

这就是Chiplet非常核心的一层价值。

四、Chiplet的第二个价值：不是所有模块都值得用最先进制程

除了良率，Chiplet还有一个更重要的经济逻辑。

一颗芯片里，并不是所有模块都需要最先进制程。

比如高性能计算核心，对晶体管密度、功耗和速度非常敏感。

它当然希望使用先进制程。

但有些模块，比如部分I/O、电源管理、模拟电路、接口电路，并不一定需要同样先进的制程。

如果硬要全部放在同一个先进节点上，就会出现一个问题：

该贵的贵了，不该贵的也跟着贵了。

Chiplet则允许不同模块使用不同工艺。

需要高性能的部分，用先进制程。

对性能不那么敏感的部分，可以用更成熟、更便宜的制程。

最后再通过先进封装把它们组合起来。

这就是所谓的“异构集成”。

可以把它理解成造汽车。

发动机需要最好的材料和加工精度。

但车门、座椅、内饰没必要全部使用和发动机一样昂贵的工艺。

如果每个零件都按最高标准制造，整辆车的成本会非常高。

芯片也是一样。

真正合理的系统，不是所有部分都用最贵的技术，而是让合适的模块使用合适的技术。

五、所以Chiplet其实是在重新定义“芯片”

过去我们理解一颗芯片，往往是：

一块完整的硅片。

所有功能都在里面。

但Chiplet出现以后，这个概念开始变化。

未来所谓的“一颗芯片”，可能其实是多个小芯片组合而成的系统。

外面看起来是一颗产品。

里面实际上是多个独立模块。

这和过去SoC的思路非常不同。

SoC更强调：

把所有功能做进一块硅里。

Chiplet更强调：

把不同功能模块做好，再通过高性能互联重新组合。

所以Chiplet并不是简单地“把芯片切成几块”。

它背后其实是一种系统设计方法的变化。

六、但把芯片拆开以后，新问题马上出现了

看到这里，Chiplet似乎很完美。

小芯片良率可能更好。

不同模块还能使用不同制程。

那是不是以后所有芯片都直接拆开就行了？

当然不是。

因为只要把一颗芯片拆开，就会马上面对一个新问题：

原来在芯片内部完成的通信，现在要跨芯片完成。

这件事非常重要。

一颗完整芯片内部，模块之间距离非常短。

但拆成Chiplet以后，不同Die之间需要通过封装结构连接。

如果互联不够快，会出现什么情况？

计算核心很快。

但不同Chiplet之间通信很慢。

那整个系统性能反而会下降。

所以Chiplet真正成立的前提，并不是“能拆”。

而是：

拆开以后还能不能重新连得足够好。

这也是为什么Chiplet和先进封装几乎总是一起出现。

没有高密度互联，Chiplet的很多优势就无法真正发挥。

七、Chiplet不是“免费午餐”

这里要特别强调一个容易被忽略的问题。

Chiplet不是把大芯片拆开以后，成本就一定下降。

因为拆开以后，会新增很多成本。

比如：

封装成本；

基板成本；

互联成本；

测试成本；

组装成本；

设计复杂度。

此外，多个Chiplet组合以后，还有一个非常现实的良率问题。

假设一个封装里有多个芯片。

如果其中一颗芯片有问题，或者组装过程出现问题，整个封装都有可能报废。

所以Chiplet最终值不值得做，不能只看单颗Die良率。

真正要看的是：

整个系统的Cost per Good Package。

也就是：

生产一颗最终合格产品，到底要花多少钱。

如果小芯片带来的良率改善，能够覆盖先进封装增加的成本，那么Chiplet经济性成立。

如果封装过于复杂、良率过低、测试成本太高，那么即使技术很先进，也未必划算。

这就是为什么：

Chiplet并不是所有芯片的标准答案。

它更适合那些性能高、芯片面积大、先进制程成本高、异构集成价值明显的产品。

比如高性能计算、AI、服务器等领域。

八、真正难的不是“拆”，而是“重新连接”

所以如果把Chiplet这件事情概括成一句话：

拆开并不难，重新连接才难。

连接需要解决什么？

带宽够不够？

延迟够不够低？

功耗够不够小？

封装面积会不会太大？

散热能不能解决？

良率能不能接受？

成本能不能控制？

这些问题，最终都落到了先进封装上。

于是我们就会发现一个很有意思的变化。

过去芯片竞争的核心，主要发生在晶体管层面。

而Chiplet时代以后，竞争开始延伸到：

芯片之间的互联能力。

谁能够让多个Chiplet之间“像在一颗芯片里一样通信”，谁就更有可能释放Chiplet的真正价值。

九、Chiplet真正解决的，其实是“怎么继续做大系统”

所以，理解Chiplet，不能只理解成“把大芯片切成小芯片”。

它真正解决的是一个系统问题：

当单颗芯片越来越难继续做大时，如何继续构建更大的计算系统？

过去的方法是：

一颗芯片越做越大。

现在的方法开始变成：

多个芯片协同工作。

这就是Chiplet最重要的意义。

它让系统规模的增长，不再完全依赖于“单颗芯片面积继续增加”。

而是可以通过模块化组合继续扩展。

所以从某种意义上说，Chiplet并不是放弃集成。

而是在改变“集成”的方式。

过去是：

硅片内部集成。

未来越来越多会变成：

封装内部集成。

十、Chiplet真正的价值，要看三个条件

最后，如果我们以后再看到一家企业宣传Chiplet，可以先不要急着看它有多少个Chiplet、用了什么先进工艺。

先问三个问题。

第一：

为什么要拆？

是因为大芯片良率问题，还是异构集成需求？

第二：

拆开以后怎么连？

互联带宽、功耗和延迟能不能满足系统要求？

第三：

拆完以后真的更便宜吗？

封装、测试和良率成本加进去以后，最终Cost per Good Package是否下降？

只有这三个问题都成立，Chiplet才真正有产业价值。

所以Chiplet最值得记住的一句话不是：

“把一颗大芯片拆成很多小芯片。”

而是：

用更灵活的方式，把一个越来越难制造的大系统重新构建出来。

这才是Chiplet真正改变半导体产业的地方。

下一篇，我们继续讲一个和AI芯片关系极大的问题：

HBM为什么必须离GPU这么近？

以及更关键的问题：

AI芯片真正的瓶颈，为什么越来越从“计算”变成“数据搬运”？

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