小芯片（chiplet）是一種制造系統的方法，這個系統實際上由幾個較小的小芯片集成，但是從其封裝外部看起來就好像所有功能單元都在一顆芯片上一樣。小芯片被業界廣泛視為可以保持計算行業系統性能繼續提升的一種重要舉措。

    “小芯片”是什么？

    基于Chiplets的系統，簡單來說就是未來的電腦系統不再需要各種各樣單獨的芯片，比如CPU／GPU以及各種芯片控制單元（MCU）。我們只需要一個CPU芯片（Chiplets）和幾個GPU，將這些GPU都連接到大硅片承載的Chiplets芯片上，從而構成一體化的芯片網絡。

    Chiplets的概念其實已存在了幾年，隨著高級互聯和封裝技術的日趨成熟，人們對它的關注越來越多。Chiplets可以被理解成是經過設計和制造工藝優化的專用硅塊或IP塊，這使得它們可以被設計得盡可能小，從而增加其產量并最小化成本。

    畢竟，現在7nm工藝的芯片都已經造價不菲，是時候找找解決辦法了。

    續命摩爾定律！小芯片時代來了

    55年前，被推崇為芯片界“圣經”的摩爾定律預言：當價格不變時，集成電路上可容納的晶體管數量每隔18－24個月會增加一倍，性能也隨之提升一倍。

    當年摩爾定律的出現設定了極為關鍵的技術發展節奏基準，催化了科技市場欣欣向榮，為整個IT行業帶來了難以估量的經濟價值。

    使用先進節點的好處很多，晶體管密度更大、占用空間更少、性能更高、功率更低，但挑戰也越來越難以克服。

    極小尺寸下，芯片物理瓶頸越來越難以克服。尤其在近幾年，先進節點走向10nm、7nm、5nm，問題就不再只是物理障礙了，節點越進化，微縮成本越高，能扛住經濟負擔的設計公司越來越少。

    根據公開報道，28nm節點設計成本約為5000萬美元，而到5nm節點，設計總成本已經飆高到逾5億美元，相當于逾35億人民幣。

    而守住摩爾定律，關乎利潤最大化，如果研發和生產成本降不下來，那么對于芯片巨頭和初創公司來說都將是糟糕的經濟負擔。

    幸運的是，每當摩爾定律被唱衰將走到盡頭，總會激發出科學家和工程師們創新構想，提出力挽狂瀾的突破性技術，將看似走向終結的摩爾定律一再推向遠方。

    基于小芯片的模塊化設計，正是其中解決成本問題的一個極為關鍵的構想。

    小芯片的三大價值：開發快、成本低、功能多

    當前芯片設計模式常從不同IP供應商購買軟核IP或硬核IP，再結合自研模塊集合成一個片上系統（SoC），然后以某個制造工藝節點生產出芯片。

    而小芯片通過先進封裝技術，能將多種不同架構、不同工藝節點、甚至來自不同代工廠的專用硅塊或IP塊集成在一起，可以跳過流片，快速定制出一個能滿足多種功能需求的超級芯片產品。

    相比單片芯片，小芯片帶來的好處是多重的。

    首先，小芯片開發速度更快。

    在服務器等計算系統中，電源和性能由CPU核心和緩存支配。通過將內存與I／O接口組合到一個單片I／O芯片上，可減少內存與I／O間的瓶頸延遲，進而幫助提高性能。

    其次，小芯片的研發成本更低。

    因為小芯片是由不同的芯片模塊組合而成，設計者可在特定設計部分選用最先進的技術，在其他部分選用更成熟、廉價的技術，從而節省整體成本。

    例如，AMD第二代EPYC服務器處理器Ryzen采用小芯片設計，將更先進的臺積電7nm工藝制造的CPU模塊與更成熟的格羅方德12／14nm工藝制造的I／O模塊組合，7nm可滿足高算力的需求，12／14nm則降低了制造成本。

    這帶來的好處是，7nm制程部分的芯片面積大幅縮減，而采用更成熟制程的I／O模塊有助于整體良率的提升，進一步降低晶圓代工成本。綜合來看，CPU核心越多，小芯片組合的成本優勢越明顯。

    最后，小芯片能靈活滿足不同功能需求。

    一方面，小芯片方案具備良好的可擴展性。例如構建了一個基本die后，可能只用一個die可應用于筆記本電腦，兩個可應用于臺式機，四個可應用于服務器；另一方面，小芯片可以充當異構處理器，將GPU、安全引擎、AI加速器、物聯網控制器等不同處理元素按任意數量組合在一起，為各類應用需求提供更豐富的加速選擇。

    隨著小芯片的優勢逐漸顯露，它正被微處理器、SoC、GPU和可編程邏輯設備（PLD）等更先進和高度集成的半導體設備采用。

    根據研究機構統計，微處理器是小芯片最大的細分市場，支持小芯片的微處理器市場份額預計從2018年的4．52億美元增長到2024年的24億美元。同時，計算領域將成為小芯片的主要應用市場，今年有望占據小芯片總收入的96％。

    市場預測

    據市場研究認為，“小芯片”正被更高級和高度集成的半導體設備采用。例如，微處理器（MPU），片上系統（SOC）設備，圖形處理單元（GPU）和可編程邏輯設備（PLD），尤其MPU是最受歡迎的。即使僅計算依靠MPU 這個細分市場的“小芯片”市場，到2024年也能達到24億美元。

    “小芯片”將在未來4年內成為集成了圖形、安全引擎、人工智能（AI）加速、低功耗物聯網（IoT）的應用處理器，這將是其58億美元市場的最重要因素。

    據業內相關人士分析說： “從軟件開發人員到系統設計師，再到技術投資者，幾十年來，每個人都依賴摩爾定律所規定的兩年時間表。隨著小芯片的到來，半導體業務和依賴小芯片的業務現在有機會回到慣常的發展速度，這種速度為整個科技行業帶來巨大的經濟價值?！?/p>