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本文要點

小芯粒（Chiplet）技術(shù)讓多功能、可定制的模塊化芯粒成為可能，從而縮短開發(fā)周期并降低成本。 

與傳統(tǒng)單片芯粒相比，小芯粒能提升性能、降低功耗并增強設(shè)計靈活性，標志著半導體技術(shù)向前邁出了具有顛覆性的一步。 

UCIe 等小芯粒標準的制定與采用，為小芯粒在系統(tǒng)級芯粒（SoC）中的無縫集成鋪平了道路，為計算和技術(shù)應用開辟了新可能。 

小芯粒技術(shù)的核心在于模塊化芯粒，這些芯粒能夠組合構(gòu)建完整的系統(tǒng)級芯粒（SoC，system-on-chip）。系統(tǒng)級芯粒采用以小芯粒為中心的架構(gòu)，其中多個小芯?；ハ噙B接，形成一個單一電路。本文將深入探討小芯粒技術(shù)的重要性、它與 SoC 的關(guān)聯(lián)以及小芯粒技術(shù)的發(fā)展趨勢。

小芯粒技術(shù)的關(guān)鍵優(yōu)勢 

什么是小芯粒技術(shù)？ 

小芯粒是指具備特定功能集的微型集成電路（IC），其設(shè)計目的是與其他小芯粒在單個封裝內(nèi)的中介層上無縫集成。小芯粒技術(shù)的核心理念是將一個系統(tǒng)級芯粒分解為若干個基本功能組件。多功能芯粒可拆分為多個小芯粒，分別承載計算處理器、圖形單元、AI 加速器、I/O 功能等不同芯粒功能模塊。由小芯粒構(gòu)成的系統(tǒng)類似于模塊化 SoC。未來的愿景是不同供應商提供的小芯粒組件可實現(xiàn)互操作和混搭組合。小芯粒的排布方式類似多功能“樂高式”組裝，相比傳統(tǒng)系統(tǒng)級芯粒設(shè)計具有諸多優(yōu)勢：

>可復用知識產(chǎn)權(quán)（IP）:同一小芯?？蓱糜诓煌骷?nbsp;

>異構(gòu)集成：小芯?？刹捎貌煌に?、材料和制程節(jié)點制造，工藝、材料和制程節(jié)點各自針對小芯粒的特定功能經(jīng)過優(yōu)化。 

>已知良好裸片：小芯?？稍诮M裝前進行測試，從而提高最終器件的良率。 

當多個小芯粒在單一集成電路中協(xié)同工作時，通常被稱為多芯粒模塊、混合集成電路、2.5D 集成電路或先進封裝。這些小芯?？赏ㄟ^ UCIe、線束（BoW）、OpenHBI 和 OIF XSR 等標準建立連接。 

小芯粒技術(shù)的顛覆性影響：優(yōu)勢與價值 

與傳統(tǒng)單片式系統(tǒng)級芯粒（SoC）相比，基于小芯粒的架構(gòu)具有諸多優(yōu)勢，包括性能提升、功耗降低以及設(shè)計靈活性增強。許多專家認為，隨著先進技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，消費電子設(shè)備將普遍搭載專用小芯粒。  

>小芯粒具有快速便捷的定制和升級能力，有利于縮短開發(fā)周期，降低成本。 

>小芯粒采用專為特定任務經(jīng)過優(yōu)化的處理單元來提升性能。例如，若 AI 應用需要強大算力，傳統(tǒng) CPU 可替換為專為 AI 工作負載設(shè)計的小芯粒。 

>小芯粒為處理器小型化與降低功耗需求創(chuàng)造了條件。小芯粒將多樣化功能整合在一起，消除了傳統(tǒng)芯粒設(shè)計中固有的復雜布線、散熱系統(tǒng)和輔助組件的需求。 

>靈活性是小芯粒技術(shù)的主要特征，使制造商能夠快速適應不斷變化的市場動態(tài)和新興技術(shù)進步。這種適應性源于小芯粒帶來的便捷定制和升級能力，制造商無需為每次產(chǎn)品迭代重新設(shè)計芯粒，而是可以采用混合搭配的方案。 

>采用小芯粒架構(gòu)，將內(nèi)存移至處理器核心附近，能有效應對日益增長的 AI 工作負載。 

>使用小芯粒構(gòu)建電路還能帶來顯著的節(jié)能效益，因為計算機芯粒有超過一半的功耗源自數(shù)據(jù)在芯粒上的橫向傳輸。而小芯?？刹渴鹪谔幚砥鲉卧浇?，從而實現(xiàn)節(jié)能。 

>從宏觀角度看，小芯粒生產(chǎn)能在單次制造中實現(xiàn)更高的良率，遠超更龐大、更復雜的芯粒架構(gòu)所能達到的良率水平。 

面向 SoC 的小芯粒技術(shù) 

小芯粒技術(shù)是相對較新的創(chuàng)新技術(shù)，目前有多家半導體公司正在積極開發(fā)中。一個重要目標是將多個小芯粒無縫組合成一塊系統(tǒng)級芯粒。采用小芯粒構(gòu)建的集成系統(tǒng)可涵蓋數(shù)據(jù)存儲、信號處理、計算及數(shù)據(jù)流管理。通過將多樣化的第三方知識產(chǎn)權(quán)（如 I/O 驅(qū)動器、存儲器集成電路（IC）和處理器核心）集成至單一芯粒中，工程師可以快速且經(jīng)濟地打造復雜芯粒。小芯?？稍诜庋b內(nèi)組裝，并利用裸片間互連框架連接在一起，以進行 SoC。

小芯粒技術(shù)趨勢與預測 

雖然目前大多數(shù)電子設(shè)備搭載的計算機技術(shù)依然以傳統(tǒng)芯粒組為主導，但隨著時間的推移，這一趨勢即將發(fā)生轉(zhuǎn)變。專家預計，隨著先進技術(shù)的發(fā)展，專用小芯粒將得到廣泛應用。  

目前，異構(gòu)小芯粒集成市場正在快速增長。AMD 和 Intel 的微處理器均采用小芯粒設(shè)計和異構(gòu)集成封裝技術(shù)，現(xiàn)已進入大規(guī)模量產(chǎn)階段。蘋果公司于 2022 年 3 月推出了 M1 Ultra 芯粒，該芯粒采用小芯粒架構(gòu)，提升了 Mac 電腦的性能表現(xiàn)。當前，我們正處于小芯粒研發(fā)與生產(chǎn)的早期發(fā)展階段。但是，隨著行業(yè)標準逐步形成，一些曾經(jīng)難以想象的計算模型將會應運而生。