Chiplet经济学：成本如何影响芯片产业发展？

当前Chiplet芯片小芯片技术发展迅猛但其背后的经济逻辑却远比表面复杂。成本并非推动Chiplet发展的首要因素尤其是在数据中心领域功能性与性能才是核心驱动力。然而随着技术走向消费端和汽车市场经济因素的重要性将急剧上升。Chiplet拆分的经济账乍看之下将一块大型单片芯片拆分为多个Chiplet似乎能降低成本将需要昂贵先进制程的部分缩到最小其余功能则交给更成熟、更便宜的制程节点生产从而提升良率、降低单元成本。然而现实并没有那么简单。Microtronic首席营销官Mike LaTorraca指出原本只需一张晶圆拆分后可能需要十张而不同衬底材料正在推高晶圆成本。应用总监Errol Akomer补充道检测工具的拥有成本按晶圆通过次数计算如果要通过十张晶圆而不是一张成本就会上升。公司总裁Reiner Fenske则强调每款Chiplet还需单独建立检测方案你实际上需要制作十套全新的检测配方。此外Synopsys产品营销总监Marc Swinnen提醒比较基准本身就容易产生误导人们谈论多芯片的优势时往往没有明确是与单片芯片还是PCB板级方案进行比较。例如3D IC功耗更低的说法相比PCB方案是成立的但与单片芯片相比则并不成立。前提本身就有问题多位专家对Chiplet能否替代单片芯片这一前提本身提出质疑。Swinnen表示你的分析只有在多芯片封装可以被单块单片芯片替代的前提下才成立而实际上这种情况很少见。即便在技术上确实可以选择Chiplet或单片方案制造成本也只是众多战略考量中的一个变量。UMC市场营销总监Yan Qu也认同这一观点选择Chiplet架构而非传统单片设计的理由远不止经济因素。如果一块大型单片芯片能在单一制程中集成所有所需功能——包括逻辑、存储、I/O、电源管理和光子器件同时保持合理良率那么Chiplet根本不会存在。在掩模成本方面Qu进一步指出2nm节点的单套掩模成本约为65nm节点的30倍。但在Chiplet设计中设计师可以将先进制程的使用限定在最关键的功能模块并在其他功能上复用IP模块、采用成本较低的制程节点。尽管Chiplet可能需要多套掩模但由于良率提升以及Chiplet可跨设计复用整体成本有可能更低。数据中心经济逻辑退居其次在数据中心场景中推动Chiplet发展的核心逻辑并非省钱而是做到单片芯片根本做不到的事情。Intel Foundry先进封装总监Lou Gardner解释道开发者想要实现六个光刻场大小的硅片功能于是将其拆分为SerDes芯片、存储接口等不同模块。这并非是因为单片方案太贵而是单片方案根本不可行。在这一逻辑下经济问题变成了在不得不拆分的前提下怎样做最划算Intel Foundry高级首席工程师Pam Fulton也指出对于通用CPU厂商来说通过Chiplet组合生成多种SKU库存单元是有意义的。但对于云服务商而言它们只需要一种产品填满整个机房不需要多种SKU因此Chiplet的灵活组合优势并不适用。数据中心的底线是在一定功耗范围内实现最大功能。芯片和设备的天价成本掩盖了许多在其他市场中举足轻重的经济弊端。消费端经济因素成为拦路虎越靠近消费市场单片芯片的主导地位就越稳固。以微控制器MCU为例其产品线繁多、配置各异理论上非常适合Chiplet架构——计算核心保持不变存储和外设模块灵活搭配。然而先进封装成本高昂消费级产品的定价根本无法承受。因此就目前而言经济因素反而在阻碍Chiplet进入消费市场。但这一局面可能改变。Qu表示随着技术成熟先进封装的成本正在稳步下降未来有望变得更加经济实惠进一步提升基于Chiplet方案的整体价值。Chiplet市场生态分摊成本的关键开放Chiplet市场的设想或许正是打破经济壁垒的关键。Gardner指出如果真的形成开放Chiplet生态就不会有单个客户独自承担10倍成本的情况。A公司为16个客户生产同一个模块成本由所有客户共同分摊。但这一愿景面临现实挑战。在标准化方面适用于2.5D集成的商品化Chiplet如基于转接板的方案比3D方案更有可能成功因为2.5D只需各方就边界线shoreline达成一致而3D则需要对整个芯片底部——包括所有凸点——进行标准化留给差异化竞争的空间极为有限。Gardner坦言要让六家不同的厂商在整个封装尺寸上全部达成一致我实在想象不到这种事会发生。更现实的是类似EMIBIntel的Chiplet桥接互联技术或其他2.5D方案大家只需就5毫米的边界线达成协议。此外现有规范多以产品和封装为单位制定而非以裸芯片为单位这给Chiplet作为独立商品销售带来了额外障碍——例如如何对单独销售的Chiplet进行老化测试目前仍无定论。Fulton还指出Chiplet市场目前更多是供应方在推动而非需求方在拉动。真正对推进Chiplet感兴趣的客户是那些有能力自行管理集成工作的大公司。那种无需太多集成工作就能自由搭配的理想状态目前还不存在。结语当前经济因素虽然存在但并非驱动Chiplet产业的主要力量。随着成本持续下降这一格局或将改变推动Chiplet进入对价格更为敏感的市场。核心问题在于成本能否降低到足以打开大众市场的程度开放的Chiplet市场生态最终能否真正形成这些问题的答案将决定经济逻辑能否重新回到Chiplet发展演进的核心位置。QAQ1Chiplet为什么比单片芯片成本更复杂AChiplet看似能通过将不同功能分配到不同制程节点来节省成本但实际上会带来额外开销需要多套掩模、多张晶圆分别处理、多套检测方案以及更多的测试和老化步骤。每增加一个Chiplet就意味着制造流程的成倍叠加。因此最终的经济账并不简单需要综合良率提升、IP复用、先进封装成本等多个变量才能得出结论而非单纯比较掩模数量。Q2数据中心为什么不在乎Chiplet的成本问题A在数据中心领域设计者追求的目标往往超出了单片芯片的物理极限——功能规模已经大到无法用一块芯片实现Chiplet是唯一可行方案。此外数据中心的芯片和设备本身价格极高经济成本并非首要考量功耗范围内的最大性能才是核心目标。因此经济因素在这一市场中的影响被大幅稀释。Q3开放的Chiplet市场生态为什么难以实现A开放Chiplet市场面临多重障碍标准化难度高尤其是3D方案需要对整个芯片底部结构达成一致现有测试和老化规范以产品级为单位不适用于单独销售的裸芯片市场目前更多是供应方推动缺乏客户侧的真实拉力。只有2.5D方案因标准化门槛相对较低被认为更有可能率先形成商业化市场。