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- 发布日期：2024-01-18 08:07 点击次数：139
电子发烧友网报道（文/吴子鹏）最近，Market.us发布了针对芯片市场的分析报告，对于后续全球半导体市场发展给出了很多展望数据。比如，该机构预测，2024年全球半导体市场规模预计将会达到6731亿美元，到2032年预计将达到13077亿美元；从2023到2032年，全球半导体市场销售额将以8.8%的复合年增长率增长。
同时，在报告中，Market.us特别提到了Chiplet（小芯片）技术。该机构预计，未来十年Chiplet技术的年复合增长率将会高达42.5%，以一种狂奔的姿态将市场规模从2024年的44亿美元提升到2033年的1070亿美元。
图源：Market.us
Chiplet加速芯片原型设计
Chiplet是将满足特定功能的die（裸片），通过die-to-die内部互联技术实现多个模块芯片与底层基础芯片封装在一起，形成一个系统芯片。这种设计可以加快原型制作，实现快速上市。 在当前的芯片设计里，包含了CPU、GPU、DSP、ISP、NPU、Modem和接口IP等众多不同功能的单元，在高度集成化的芯片里，先进制程会对所有的单元进行性能提升。不过，设计人员很快就发现，并不是所有的功能单元都需要那么高的制程，比如接口IP和模拟电路等对工艺制程的要求都没有那么高。 于是乎，Chiplet技术对芯片设计进行了分解，从设计时就先按照不同的计算单元或功能单元对其进行分解，然后每个单元选择最适合的半导体制程工艺进行分别制造，再通过先进封装技术将各个单元彼此互联，最终集成封装为一个系统级芯片组。 毫无疑问，Chiplet是非常适合用于制造复杂度高的大芯片的，可以被看作是半导体IP经过设计和制程优化后的硬件化产品，其业务形成也从半导体IP的软件形式转向到Chiplet的硬件形式。Chiplet的实现开启了IP的新型复用模式，即硅片级别的IP复用。 不仅如此，Chiplet能够显著帮助提升设计良率。芯片工艺制造的良率主要受到Bose-Einstein模型的影响，其中芯片面积、缺陷密度和掩膜版层数越大，芯片制造的良率就越低，Chiplet则能够大幅降低这几项指数，以提升良率。单个芯片的面积一般不超过800mm*800mm，如果裸芯的面积是400mm*400mm，良率才35.7%，缩小到200mm*200mm，良率会迅速提升到75%。面积缩小只是一个表象，实际上在面积缩小的同时，缺陷密度也会随之降低， 芯片采购平台撞上缺陷的概率就会降低，且芯片面积缩小往往设计复杂度也会减小，掩膜版层数也就不需要那么多了。 另外，Chiplet能够有效降低芯片的功耗，这也是PPA中一项重要的指数。比如AMD的Radeon RX 7900 XTX，通过采用Chiplet技术，每瓦性能较上一代改善了54%。
Chiplet背后的推动力
过去几年，Chiplet广受关注且取得了不错的成绩，包括AMD、英特尔、博通在内芯片大厂都采用了这项技术。根据Market.us的预测，未来几年Chiplet将继续保持高速增长。 Market.us在报告中指出，Chiplet的高速增长是由多种因素促成的，包括当前电子设备的复杂度和集成度日益上升，产品迭代速度不断加快；摩尔定律放缓之后，产业界希望有更高效利用芯片制造工艺的技术出现；另外，生成式AI等应用的爆发，对定制和特定应用集成电路（ASIC）的需求也日益增长。Chiplet提供了混合和匹配不同功能模块的灵活性，以满足特定需求，使其成为从消费电子产品到高性能计算和数据中心等一系列应用的理想选择。 2023年，CPU是Chiplet技术的主要推动力，占据了41%的市场份额。这类芯片开始广泛采用Chiplet技术的主要原因是，科技、金融和医疗保健等领域对高性能计算的需求不断增加，推动了对更高效、更强大的处理器的需求。同时，CPU更容易实现模块化设计。当然，云计算和数据中心的兴起，对于CPU的用量也是逐年递增，且这些应用对于CPU的性能和能效都有很高的要求，也能够进一步释放Chiplet技术的潜能。 GPU当然是紧随其后的。采用Chiplet技术的GPU芯片主要用于高端游戏、人工智能和机器学习等领域，这些芯片高效处理复杂图形和计算任务的能力使他们成为这些领域的关键组成部分。 从市场因素来看，消费电子应用依然是一个主导性的市场，智能手机、笔记本电脑和可穿戴设备都需要集成更复杂、更紧凑的芯片解决方案。芯片的模块化设计为这些日益复杂的设备提供了所需的灵活性和可扩展性。因此，消费电子贡献了26%的Chiplet市场份额。此外，物联网和云游戏的潜力也是巨大的。比如，物联网设备需要能够处理和通信大量数据，同时消耗更少的电力的组件，这种需求能够发挥Chiplet技术的特点，同时也让Chiplet技术从高端芯片进一步下探。
结语
目前Chiplet已经有少量商业应用，但是已经表现出巨大的发展潜力。当前，消费电子还是主要的终端市场。随着Chiplet逐渐成熟，云游戏和云计算市场会迸发出海量的Chiplet芯片需求，最终促成Chiplet的千亿美元市场规模。