异构集成2023，来自英特尔研究院的猜想

2022堪称Chiplet发展元年。自3月Chiplet标准联盟（UCIe）成立以来，AMD、英特尔、AWS等行业领军企业均在其数据中心CPU上采用了Chiplet技术并实现量产。2022年12月，我国首个原生Chiplet技术标准正式通过了工信部电子工业标准化技术协会的审定并发布，意味着我国也正在积极推动Chiplet生态建设。在今年11月举行的世界集成电路大会上，诸多企业将异构集成、Chiplet技术的发展作为半导体产业发展的重点。

2023年Chiplet小芯片技术将实现怎样的发展？为此，《中国电子报》记者采访了英特尔研究院副总裁、英特尔中国研究院院长宋继强。在他看来，推动异构集成领域生态伙伴采用统一标准将是2023年行业内发展的关键。

英特尔研究院副总裁、英特尔中国研究院院长宋继强在接受《中国电子报》采访

异构计算需求仍盛

“2022年我们感受到了需求放缓的压力，2023年应该是逐渐恢复期。”针对2023年半导体行业的市场，宋继强仍继续看好CPU、GPU市场的需求量。在宋继强看来，当前社会仍处于数字化转型阶段，不论是人工智能技术，还是元宇宙、数字孪生带来的新兴市场应用，都将带来云端、边缘端和终端的算力需求，而此类需求都离不开GPU、CPU作为支撑。另外，AI、数据中心等应用中还需要专用处理器。未来在一个系统中，很难用一种类型的处理器、一种类型的硬件解决问题，异构计算的需求便应运而生。

“整个市场对人工智能、智能驾驶等未来新业务的需求日益增多。人工智能相关芯片，图形化、虚拟化相关芯片都将有更高的市场需求。”宋继强表示，上述领域将带来巨大的市场需求量，同时每个芯片中集成的晶体管数量也大幅上升。单芯片所需的晶体管数量增多将带来两个问题：其一，芯片面积不可能过大，所以要继续采用异构集成的方式，通过多芯片组合解决问题；其二，芯片能耗上升，需要在架构层面优化其能效比。

关于异构计算在2023年的市场表现，宋继强认为：“在2023年，大家已经完全接受了要通过异构计算解决未来系统的设计和优化问题。在2020年的时候，市场还在讨论异构集成是怎么一回事。而在2023年，大家都会基于功能的有效性、设计的难易程度、成本等方面的考量，自觉采用异构计算的方式。”在宋继强看来，用更先进的工艺提高整个芯片面积上晶体管密度已经成为业界普遍认知。基于此，宋继强认为，2023年将会有很多厂商基于异构计算的设计思路研发新产品。

根据Gartner数据统计，基于Chiplet的半导体器件销售收入在2020年仅为33亿美元，2022年已超过100亿美元，预计2023年将超过250亿美元，2024年将达到505亿美元，复合年增长率高达98%。

Chiplet期待更广泛的行业合作

要实现异构计算，首先要考虑的是怎么把不同种类的硬件组装起来，这就需要通过先进封装技术，借助UCIe等行业标准，将不同厂商、不同工艺节点的硬件整合起来。有了硬件基础后，还需要考量软件调动硬件的能力。“CPU、GPU、FPGA、AI专用加速器等采用的是不同的处理器架构和编程模型。采用异构集成的处理器如何调动不同的功能单元，以及如何设计使功能单元变化时软件无需经常修改，这需要业界的通力合作。”宋继强表示。

当前，如何实现不同厂商提供的芯粒的互联互通还存在很大挑战。宋继强表示，这其中的挑战在于：其一，各厂商需要确定将在哪些层面实现相互测试，达成互联互测的行业标准；其二，设计厂商与制造商需要进行通力合作，设计产品所需的硬件IP。

针对行业合作在Chiplet技术应用中的重要性，宋继强作了一个生动的比喻：“只有标准没有IP是无法工作的。有了IP也需要不同节点的集成商分别测试。假如有n个节点需要提供互联互通的IP，每个节点又有m个不同的IP需要测试，那么该产品的参与各方将需要花费极大的测试代价。”由此，宋继强坚持各产业合作方建立共同的标准，共同推动标准化建设、IP设计和互联互通测试。

当前，包括英特尔在内许多全球领先的芯片设计公司都参加了UCIe联盟，联盟成员从底层电气级别互联互通做起，在保证信号传输的完整性、速率的基础上，尝试通过更多的信号协议，实现信号的传输。宋继强介绍说，当前异构集成标准的互联互通工作仍处于初级阶段，未来的一年要继续增加IP种类。

2023年将重点推动2.5D先进封装的行业互联

“最理想的状态是所有的企业都使用一套统一的标准。”宋继强表示，“就像最初大家都接受了USB一样，如果Chiplet也能形成一套统一的协议，就好办了。”但宋继强同时也介绍了该愿景实现的难度：USB的互联互插测试经历了非常漫长且痛苦的阶段，而Chiplet互联协议比USB更加复杂，且硬件IP的可靠性、设计的精细程度与质量与各工厂相关联，互联的质量、可靠性又与封装厂相关。整体来看，Chiplet的互联互通测试将比USB要求更高、更为复杂，面临的挑战更大，实现的时间也将可能更长。

宋继强表示，2023年UCIe互联互通标准建立的重点工作，将是以2.5D的先进封装推动行业互联，实现测试和产品级应用。“英特尔推进UCIe标准的进程是将2D和2.5D的互联互通作为优选项来推动，这两种类型技术能够解决的面比较大，技术也相对成熟，而3D技术将会需要更高的规格标准。”宋继强在接受《中国电子报》记者采访时这样讲道。

“半导体行业的发展，包括摩尔定律的发展，不是一家公司可以搞定的。”在采访中，宋继强反复强调产业界以及产业界和学术界广泛合作的重要作用，“UCIe所做的标准化的努力，就是为了能够推进生态伙伴用统一的标准，让不同的芯粒更好地集成，这就是融合创新可以给我们带来的。”