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中国首个原生Chiplet标准发起人郝沁汾:Chiplet标准是中国芯片产业开往新赛道的通行证
2023-01-15

纵观世界科技产业的发展历史,其中的治乱兴衰、起承转合无不向我们揭示着这样一个道理,科技产业发展的背后是国际形势的演进和国家战略的支撑,而每项技术标准的制定,都影响着国家利益和产业生态的发展。


从通信产业到半导体,技术和标准是唯二之争

在当今日益激烈的国际竞争中,技术领域的博弈不似文化和市场领域那般包容变通,尤其像芯片产业这样的领域,它具备很强的壁垒性和排他性,失去话语权的代价是直观的、惨烈的。它会导致整个技术产业的方方面面都受制于人,大量国家的投入和无数劳动者的辛勤,都为他人做了嫁衣裳。

当年从1G、2G到3G、4G、5G的标准之争,那些看不见硝烟的奋进与呐喊言犹在耳。因为没有自己提出的标准,中国在第一代(1G)和第二代(2G)移动通信产业上付出了沉重代价。从基站、交换机到手机,中国移动通信市场的格局基本被欧美通信巨头把持,通信网络建设几千亿人民币的投入中绝大部分被外商赚走。从第三代(3G)移动通信开始,由中国企业提出的TDD模式的TD—SCDMA系统,被采纳为国际3G标准之一,与欧洲提出的WCDMA和美国提出的CDMA2000同列三大标准之一。至此,中国真正拥有了第一个电信国际标准!国际标准的确立,意味着中国人在由外国人制订游戏规则的全球电信市场上第一次有了话语权,这是中国信息产业历史的第一次!那些抱定家国情怀投入筚路蓝缕的开创之路的往事,今天看来仍然让人热血沸腾。前车之鉴,让我们今天对待技术标准有了时代赋予的责任感和“唯愿祖国腾飞”的家国使命。


中国Chiplet技术标准,一代人的强芯梦

时代在见证着,无数有志有为的科技工作者怀揣着对科技强国的强烈使命感,投身技术标准的研究工作中。这其中,就有中科院计算所研究员、芯光集成电路互连技术产业服务中心(CCITA)秘书长、中国Chiplet小芯片互连技术标准的发起人郝沁汾博士。郝沁汾,2001年博士毕业于中科院计算所计算机系统结构专业,深耕计算机系统和芯片产业20余年,曾主持开发了我国第一台32路高端SMP服务器,参与海思第一个64核ARM处理器芯片、第一个智能网卡芯片,完成国家重点和重大科技项目2项。

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2022年12月,由中国集成电路领域相关企业和专家共同主导制定的《小芯片接口总线技术要求》团体标准(T/CESA 1248-2023),正式通过工信部中国电子工业标准化技术协会的审定并发布。作为中国首个原生Chiplet互连技术标准的发起人,当被问到为什么要做这样一个标准时,郝沁汾提到:中国IT产业要想实现腾飞,就必须改变处处被人掣肘、处处受人挟制的状况,自主研发是我们仅剩的一条路。今天中国的产业环境和技术水平以及庞大的应用市场,与历史上其他时期相比,拥有自主技术所产生的价值更大,值得当代科研工作者的辛勤付出。无数次工作到深夜、看着清晨的阳光从办公室的窗口缓缓照进来,郝沁汾深深地意识到,自主研发这条道路,从来不只是一两个人的坚持,而是一个时代的坚持,无数科研人员额头的汗水、眼中的血丝、鬓角的白发都为了换一个强国的希望。

掌握核心技术的话语权,才能真正掌握中国产业发展的命运,而这个命运的咽喉,就是技术标准。所以当郝沁汾踏足Chiplet这个技术领域,内心埋下的种子即刻生根发芽。“我们要做出中国自己的原生Chiplet技术标准,让这样一个能使中国芯片产业实现变道超车的新兴技术不至于在襁褓阶段就陷入国外标准的围栏。”

为什么说Chiplet互连技术是中国芯片产业实现变道超车的不二途径,这里要简单说明一下什么是Chiplet。Chiplet通常被翻译为“小芯片”或“芯粒”。它是一种在先进制程下提升芯片的集成度,从而在不改变制程的前提下提升算力,并保证芯片制造良品率的一种有效手段。

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Chiplet示意图

作为先进封装技术的代表,Chiplet走向了和传统SoC完全不同的道路。它将复杂芯片拆解成一组具有单独功能的小芯片单元die(裸片),通过die-to-die的方式将模块芯片和底层基础芯片封装组合在一起,类似于搭建乐高积木,形成一个系统芯片。对于中国的芯片厂商来说,Chiplet技术有很强的吸引力,它可以在降低成本下,实现不同工艺节点的芯片产品搭配,并通过添加或删除Chiplet,来创建具有不同功能集的不同产品。

中国发展Chiplet的理由还有很多,除了同国际一样面对摩尔定律的困扰外,更重要的一点是中国需要“自主”。国内集成电路产业的很大挑战来自“封锁”,由于严峻的外部因素干扰,我们很难像以前一样方便地获取到先进制程代工。国际上的技术孤立与封锁,可以很轻易地卡断那些依赖国外先进制程的产业链。因此,发展Chiplet技术的国内完整生态对于中国芯片产业的存续和发展都至关重要。


跨越“标准的国界”,自立才能合作共赢

前不久阿里达摩院发布的2023十大科技趋势一文中,Chiplet模块化设计封装赫然在列,文章认为“在后摩尔时代,Chiplet可能是突破现有困境最现实的技术路径”。根据市场研究机构Omdia(原IHS)的预测,2024年Chiplet市场规模将达到58亿美元,而到2035年则将达到570亿美元。自2022年下半年至今,chiplet相关网络搜索量暴增6000多倍,这都说明了Chiplet技术在中国将成为后摩尔时代的重要战略基石,将会为成千上万的芯片企业带来重大的产业变革。

而在产业变革不断加剧的过程中,中国自主研发的原生技术标准则无疑是这条新征程最初最重要的一步。如果把Chiplet技术看做甩开扼制、变道超车的全新赛道,那么这一标准就是驶向这个赛道的通行证。

在当今的世界科技产业格局下,技术标准的制定已不再是简单的做事规则的协调统一,而成为决定技术演进趋势、影响前沿产业生态,乃至国家核心竞争力和产业生死存亡的关键性因素。想想中国自主发展的通信领域、新能源汽车领域、航空航天领域,就会发觉,新时代的技术竞争,实质上就是知识产权的竞争,是核心技术话语权的竞争。而我们的原生标准,是从国家层面保护了整个产业生态,乃至千千万万企业和科技从业者的发展利益。

科技文明是人类共有的财富,它属于人类的集体智慧,呈现着虽有先来后到、但终究殊途同归的鲜明特点。但是技术标准是有国界的,控制着大国博弈的走向。每个国家发展标准都是以保护本国产业发展的主动权为优先考量的。

2022年初,英特尔公司把芯片圈最有话语权的代工厂、封测厂商、芯片设计龙头、云计算巨头聚到一起,成立了UCle联盟(Universal Chiplet Interconnect Express,小芯片联盟),并推出了小芯片通用互连协议。可这看似为世界Chiplet厂商大开方便之门的举动,实际上却是别有深意。

尽管UCIe联盟旨在打造一个开放的Chiplet标准,但实际上对中国芯片企业的开放程度尚处在一个难以厘清的浑浊地带。根据UCIe联盟白皮书显示,UCIe联盟成员共分为三个级别,分别是发起人、贡献者和采用者,发起人由董事会组成并具有领导作用,贡献者和发起者公司可以参与工作组,而采用者只能看到最终规范并获得知识产权保护,联盟目前仅开放后两个会员级别申请。如今的UCIe联盟当中,尽管已经拥有包括阿里巴巴、芯原、芯耀辉、芯和半导体、芯动科技等十多家国内半导体企业参与,但大多停留在贡献者和采用者的层面,由于参与权限不高,国内企业在联盟标准的制定等核心工作方面的整体缺乏话语权。

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UCIe 联盟成员

业内专家提醒,从PCIe到CXL、AIB和UCIe,实现参考设计所需要的技术细节,在Chiplet标准协议都无迹可寻。实际上,一些标准的细节还被美国相关组织告知不能对中国企业开放。可想而知,在以英特尔、AMD、高通等美国企业主导下,UCIe联盟很难不成为一种政治化的工具。随着美国层层加码扩大对华芯片技术管控力度,中国芯片企业已经越来越难从国际合作中获得任何有利自身成长与发展的机会。当前,科技竞争已被“泛国家安全概念”笼罩,如果再次遇到美国升级技术出口管制措施,严重依赖UCIe标准的中国企业必然要陷于美国政府的“视同出口”规定的压制。

这其中蕴含的风险在于,倘若UCIe支持的三种先进封装技术被禁运,国内厂商将陷入无路可行的窘境。即使不被禁运,也需要受制于国外的标准技术配套的产品、设备、工艺,不仅会付出昂贵的代价,还会将重塑中国产业发展格局的主导权拱手送给国外企业。

由此看来,UCIe标准对国内产业的价值十分有限,尤其在外国政府提防中国科技崛起的地缘冲突背景下,预计这个新标准将很难为国内厂商提供助力。所以,国内厂商积极参与国际市场的态度可以兼具,但中国自己的技术标准不能没有。如果中国芯片产业全盘照搬国外的协议标准,从专利、知识产权等角度,必然需要国内企业缴纳高昂的“入门费”,也无从建立中国自己的Chiplet产业生态。


从标准到产业,任重道远的中国强芯路

中国Chiplet技术标准的发布,远远未到即将胜利的“最后一公里”,而是筚路蓝缕的“最初一公里”,真正的考验还在于标准的落地普及。由于中国芯片产业整体发展水平的制约,Chiplet想要快速实现规模化落地,依然面临着生态基础薄弱的问题。其次,开辟Chiplet产品尚具有较高的技术门槛,不利于既缺乏资金又缺乏量产经验的中小型芯片企业入局,可能会导致国内大量中小型芯片创企被拒之门外。大型芯片企业开发Chiplet产品线也需要付出较大的成本去弥合产业链,这将进一步制约企业在技术上的创新力。

因此,中国Chiplet技术标准的落地,应站在整个产业链层面去统筹与规划,打造开放、包容、协同的产业生态。CCITA作为Chiplet互连标准的发起组织,未来将着力强化标准下的产业协同,解决芯片企业面临的供应链问题。CCITA秘书长郝沁汾感慨道,这条道路是艰辛的,是充满挑战的。面对着一场场周期率的席卷和寒冬风暴的侵袭,Chiplet标准的发布能否构建国内芯片产业的协作新格局,能否提振中国芯片产业的信心,是我们下一阶段的重要任务。此起彼伏的市场危机与机遇挑战如同大浪淘沙般筛出穿越生死线的企业,而Chiplet标准技术的落地生根将会成为芯片企业在这飓风大浪中启航的帆板,为加快实现高水平科技自立自强,迈出坚实一步。