半导体产业梳理之Chiplet篇

$AMD(AMD)$ 了解一下amd市值逆袭$英特尔(INTC)$ ，推出史上最大芯片，2023年下半年上市，堆叠技术好像把$长电科技(SH600584)$ 的活也干了。

1月8日，CES 2023展会上，AMD披露了面向下一代数据中心的APU加速卡产品Instinct MI300。

这颗芯片将CPU、GPU和内存全部封装为一体！大幅缩短了DDR内存行程和CPU－GPU PCIe行程，从而大幅提高了其性能和效率。

包含1460亿晶体管，13芯片集于一身，值得注意的是，这款加速卡采用近日被热议的Chiplet设计，拥有13个小芯片，基于3D堆叠，包括24个Zen4 CPU内核，同时融合了CDNA 3和8个HBM3显存堆栈，集成了5nm和6nm IP，总共包含128GB HBM3显存和1460亿晶体管，将于2023年下半年上市。

从苏姿丰女士手举Instinct MI300的照片中我们也可以看到，它的大小已经超越半个人手，看起来相当夸张。

Chiplet、FD-SOI和RISC-V被认为是中国市场换道超车三大技术路径。

短沟道效应及量子隧穿效应带来的发热、漏电等问题使摩尔定律难以为继。Chiplet将复杂SoC芯片拆解成一组具有单独功能的小芯片单元，通过die-to-die将模块芯片和底层基础芯片封装组合在一起，可以降低成本，加速产品上市周期，并大大改善可靠性。先进封装技术是Chiplet实施的基础和前提。Chiplet为国产替代开辟了新思路，有望成为我国集成电路产业逆境中的突破口之一。

Chiplet将成为跨越制程鸿沟的主线技术

Chiplet将满足特定功能的裸芯片通过Die-to-Die内部互联技术，实现多个模块芯片与底层基础芯片的系统封装，实现一种新形势的IP复用。

Chiplet不仅是延续后摩尔时代的关键，也是国内布局先进制程的解决方案之一，将成为未来行业发展的主线：

1、Chiplet是延续后摩尔时代，解决产业发展难题的关键所在

Chiplet可以大幅提高大型芯片的良率：在高性能计算、AI等方面的巨大运算需求，使得整个芯片晶体管数量暴涨，芯片的面积也不断增大，固有不良率带来的损失增大。而Chiplet可以切割成独立小芯片，有效改善良率，降低不良率带来的成本增长。

Chiplet可以降低设计的复杂度和设计成本：如果将大规模SoC按不同模块分解成芯粒，做到类似模块化设计，可以重复利用在不同的芯片产品中。这样可以大幅降低设计难度和成本，并且有利于后续产品的迭代，加速产品上市周期。

Chiplet可以降低芯片制造成本：SoC中主要是逻辑计算单元依赖于先进制程提升性能，Chiplet化后可以根据不同的芯粒选择合适的制程，分开制造，再用先进封装进行组装，极大的降低了芯片的制造成本。

按性能分，芯片分为三种：

【能用】芯片：135-28nm，对应3G手机、家电、消费电子产业

【够用】芯片：14-7nm含chiplet，对应4G手机、L2辅助驾驶、普通座舱

【好用】芯片：7-2nm的尖端工艺，对应5G手机、L5无人驾驶、高级座舱

美国芯片法案的目的是将中国卡在能用芯片中，而为了实现从能用到够用的进阶，有三种途径：（1）延续摩尔定律的原生非A硅制程；（2）转换到第三/四代半导体材料；（3）超越摩尔的Chiplet（【成熟工艺】+【Chiplet】=【先进工艺】）。

总结：面对美国的科技封锁，未来三年中国半导体突破的重心在于突破【能用】（在135-28nm建立去A线产能）和【Chiplet】（基于28nm，在基站、服务器、智能电车领域建立等效14/7nm性能，牺牲一定的体积和功耗）

FD-SOI将为国内开启先进制程大门提供可能

随着5G通信、智能驾驶、人工智能等潮流兴起，SOI技术凭借高性能、低功效的优势，带动SOI硅片需求量大幅增加。基于SOI 材料的FD-SOI是先进工艺（28nm以下）两大技术路线之一，也是国内突破先进工艺的方案之一：

1、基于SOI的两大技术路线：RF-SOI技术用于5G射频芯片，FD-SOI开启28nm以下先进制程

RF-SOI（射频绝缘体上硅）：相较于传统的GaAs和SOS技术，不仅成本更低、集成度更高，还发挥了SOI材料结构的优势，所实现的器件具有高品质、低损耗、低噪声等射频性能，主要用于制造智能手机和无线通信设备上的射频前端芯片。

FD-SOI：FinFET和FD-SOI是发展先进工艺（28nm以下）的两大解决方案。FinFET技术路线的先进工艺带来了工艺复杂、工序繁多、良率下降等问题，使得在28 nm以下制程的每门成本不降反升。FD-SOI技术路线逐渐得到业界关注。

理论上，利用DUV光刻机制造的FD-SOI产品，可以达到与采用EUV光刻机制造的FinFET产品相当的性能。

2、材料：核心技术由法国Soitec掌握，中国大陆加快追赶步伐

国外：300mm的SOI硅片核心技术由法国Soitec掌握，日本信越化学、SUMCO、中国台湾环球晶圆等少数企业具备生产能力。

国内：沪硅产业旗下子公司获得Soitec技术授权，公司于2022年2月完成50亿定增，其中20亿元投入高端硅基材料研发。项目完成后，沪硅产业将建立300mm高端硅基材料的供应能力，并完成40万片/年的产能建设，加快在SOI领域的追赶步伐。

3、代工：工艺由格罗方德、意法半导体、三星等主导

意法半导体于2012年推出了28 nm FD-SOI工艺平台，并于2014年将该技术平台授权给三星。

格罗方德于2017年发布了22 nm FD-SOI代工平台，截至2020年年底已实现营收45 亿美元，交付芯片超过3.5 亿颗。

格罗方德于2018年投产的12 nm FD-SOI代工平台生产的产品几乎拥有10 nm FinFET 工艺产品同等的性能，但功耗和生产成本却比16 nm FinFET工艺产品还低。

RISC-V将引领国产CPU IP突破指令集封锁

RISC-V开放的定位是国产芯片实现全产业链自主可控的必要基础，条件约束和技术优势两方面因素决定了RISC-V与中国半导体产业双向选择。从技术架构、软硬件生态到量产应用，我国RISC-V产业正加速迈向成熟。随着2023年正式步入高性能计算场景，基于RISC-V开发的CPU IP将成为2023年国产IP主线。

RISC-V可以满足国产CPU架构自主可控需求。不同于x86、ARM等国外商业公司垄断的私有指令集架构，RISC-V最大的特点是开放标准化，是CPU技术变革的一次绝佳机遇，能够很好的调节软件普适生态和CPU国产自主可控的双重需求。RISCV生态体系也因此正在全球范围内快速崛起，成为半导体产业及物联网、边缘计算等新兴应用领域的重要创新焦点。

RISC-V全球化立场鲜明。2019年，RISC-V基金会因为担忧美国的贸易法规而搬到了瑞士，并更名为RISC-V International，进而该开源社区的代码上传下载可不受美国出口管制。目前RISC-V基金会的22个主要成员中有12个来自中国，占比超过 50%。其中包括华为公司、阿里巴巴集团、中科院计算所等知名企事业单位。

IP是实现芯片设计国产化的必经之路。IP作为深层关键要素，对于基础软件、芯片设计等浅层要素，以及代工制造、封装测试等中层要素，乃至芯片全产业链都是不可或缺的存在。当前产业界90%以上的SoC都是采用以IP核为主而进行设计的，大量复用IP核代码和专利等硅知识产权。

基于RISC-V的CPU IP将迎来历史性发展机遇。目前我国绝大部分的芯片都建立在国外公司的IP授权或架构授权基础上。近年来美国对华科技产业限制层出不穷，IP和芯片底层架构国产化替代已经迫在眉睫，必须实现深层要素的国产化才能实现全栈要素创新。RISC-V凭借其开放优势有望成为IP独立自主的关键根技术。

2023年将成为RISC-V的高性能计算元年。截至2022年末，我国大约有50款不同型号的国产RISC-V芯片量产，应用场景集中在MCU、电源管理、无线连接、存储控制、物联网等中低端场景。而目前已有多家创新企业计划在2023年发布对标64核高性能的服务器级处理器，应用领域也有望从专业应用场景逐步拓展到通用计算场景。

先进封装个股梳理

（1）先进封装技术

通富微电，已大规模生产chiplet产品。

长电科技，掌握多种先进封装技术 (siP、WL-CSP、FC、eWLB等)。

华天科技，已掌握新型高密度集成电路封装核心技术，3D eSinC产品、Mini SDP等均实现量产。

甬矽电子，主营业务为集成电路的封装与测试，并根据客户需求提供定制化的封装技术解决方案，下游客户主要为 IC 设计企业，具备 Chiplet 全套基础封装技术。

国芯科技，研究规划合封多HBM内存的2.5D的芯片封装技术。

华润微，在晶圆级封装(WLCSP)等技术有相应的布局和储备，可实现chiplet技术的异构集成/异质集成功能。

寒武纪，思元370是采用chiplet技术的AI芯片。

（2）IP供应商

芯原股份，国内领先的一站式芯片定制服务和半导体IP授权服务的企业，利用chiplet技术进行IP芯片化。

（3）EDA供应商

华大九天，chiplet技术的应用需要EDA工具的全面支持，公司为国内EDA龙头，有望在chiplet领域进行拓展国内IC封装基板领先企业，在应用chiplet技术的先进封装材料领域有望持续拓展。

欧比特，公司集成电路EDA设计平台主要包括硬件设计平台、软件设计平台及芯片验证平台三个部分。

华润微，公司有EDA设计软件。

赛微电子，参股子公司展诚科技主要从事 IC 设计服务及 EDA 软件开发。

盖伦电子，参股子公司展诚科技主要从事 IC 设计服务及 EDA 软件开发。

（4）半导体测试设备

华峰测控，国内领先的集成电路测试设备企业，有望受益于chiplet芯粒测试与先进封装带来的机遇

长川科技，国内领先的集成电路测试设备企业，chiplet芯粒的测试与先进封装或为公司带来新机遇。

（5）封装设备

封装设备主要有磨片机、划片机、固晶机、键合机、塑封设备、打标设备等。

快克股份，布局的Flip chip固晶机用于chiplet先进封装工艺。

光力科技，积极推进划片机及空气主轴国产化，划片机整机，高端切割划片设备与耗材可用于Chiplet等先进封装中的切割工艺。

劲拓股份，公司半导体芯片封装炉及WaferBumping焊接设备等半导体热工设备的应用领域涵盖Chiplet领域的Bumping回流等封装工艺环节。

德龙激光，先进封装提升对半导体划片设备的需求，公司有望受益。

凯格精机，公司主业锡膏印刷设备全球隐形冠军，chiplet有匹配的在研设备，chiplet对设备的高精度方面的要求，是公司的技术优势。

洁美科技，塑料载带加速推进国内外半导体封装客户，公司新业务ic托盘和晶圆盒业务有潜在增里空间。

中京电子，公司己积极投资开展半导体先进封装IC载板业务。

文一科技，公司正在研发的晶圆级封装设备属于先进封装专用工艺设备，可以用于第三代半导体材料封装。

（6）封装材料

兴森科技，国内IC封装基板领先企业，在应用chiplet技术的先进封装材料领域有望持续拓展。

华正新材，合资公司CBF积层膜是Chiplet封装的必备材料

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