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随着半导体技术迈向更高复杂度和多样化应用，“小芯片（Chiplet）”和“异构集成（Heterogeneous Integration）”成为行业关注的焦点。
Chiplet通常被视为一种模块化设计方法，通过将片上系统（SoC）分解为多个互联的硅片模块，应对先进制程的成本和尺寸限制，同时提升性能和制造效率。
异构集成则更广泛，指将不同功能、工艺节点或材料的组件整合到一个系统中，以实现功能增强和系统优化。
我们从第三方视角来看小芯片和异构集成的技术本质、驱动因素、挑战及未来潜力，探讨其如何推动芯片行业迈向新阶段。当前，标准化和互操作性是关键议题，而定义的清晰化将为技术发展和市场应用奠定基础。
Part 1
Chiplet模块化设计的革新
Chiplet作为一种新兴的芯片设计和集成方式，正在改变传统SoC的开发模式。
与单片SoC将所有功能集成在一块硅片上的方法不同，通过将系统分解为多个独立但通过专用接口连接的硅片模块，提供了一种灵活高效的替代方案。这种方法在应对先进制程瓶颈和高性能需求方面展现出独特价值。
Chiplet的定义在行业内尚未完全统一，但其核心特征逐渐明朗。Chiplet是一种未封装的硅片，设计时即考虑与其他硅片共同封装并运行，构成完整系统。
● Chiplet的关键在于“某种程度的芯片到芯片接口”，区别于传统多芯片模块（MCM）。
◎ MCM中的芯片是为独立封装设计，具备驱动PCB线路的大型I/O，而小芯片则针对中介层上的短距离通信优化，接口速度更快、功耗更低。Ansys的Marc Swinnen强调，“这种芯片无法单独封装运行”，凸显其依赖协作的特性。
◎ 从区分角度来看，可以进一步聚焦标准化接口，只有具备标准化接口（如UCIe或BoW）的硅片才算Chiplet，否则仅是MCM的延伸。
从功能分解角度定义Chiplet，强调其作为模块化组件解决单片SoC成本和产量问题的能力，定义分歧反映了Chiplet在技术实现和市场愿景上的双重角色。
● 小芯片的兴起源于技术和经济的双重驱动。
◎ 随着摩尔定律放缓，先进制程（如5nm以下）的成本激增，且芯片尺寸受光罩限制，单片SoC难以满足复杂需求。
◎ Chiplet通过使用更小的已知良好芯片（Known Good Die）和适合的工艺组装，“提高了产量并降低了成本”。例如，将高性能逻辑与低功耗外设分开制造，避免了全芯片使用昂贵节点。
● Chiplet提升了性能和设计灵活性。
◎ 其短距离接口减少了功耗并提高了带宽，特别适合高性能计算（HPC）、人工智能（AI）和数据中心应用。
◎ 此外，模块化设计允许并行开发不同功能模块，缩短开发周期。Synopsys的Posner补充，小芯片“与其他功能共同封装”形成系统，这一特性使其在复杂场景中更具优势。
● Chiplet潜力显著，其定义和应用仍存争议。
◎ 模拟和光子芯片是否属于小芯片范畴？模拟芯片通常不依赖标准化数字接口，若需互联则需定制设计，与标准化趋势相悖。光子芯片甚至可能无电气接口，进一步模糊定义边界，未必需共同封装，“直接安装在板上可能是经济的”，挑战了封装约束的普遍假设。
◎ 另一个挑战是延迟和集成。Chiplet间的通信延迟必须极低，才能视为紧密耦合系统，这对接口设计和封装技术提出更高要求，Chiplet市场概念的兴起（如Synopsys的“多芯片集”区分）增加了术语复杂性，标准化进程仍需克服兼容性和特殊需求的障碍。
Part 2
异构集成：
多样性融合的探索
异构集成（Heterogeneous Integration）作为Chiplet技术的推动者和更广义的概念，涵盖了将不同类型、工艺或材料的组件整合到一个系统的过程。
与Chiplet聚焦模块化连接不同，异构集成强调多样性，突破了单片设计的局限，在2.5D和3D封装技术支持下日益受到关注。
异构集成的定义比Chiplet更具争议，其范围从宽松到严格不等，只要封装中包含多个不同功能的芯片即可视为异构集成，甚至包括多个相同芯片的扩展。
异构集成需由不同类型芯片组成，与同质的重复芯片系统相对。不同工艺节点的组合，如DRAM与逻辑芯片的集成，如5nm处理器与高压传感器。
更广义的定义扩展至材料层面。异构集成可包括硅与III-V族化合物（如GaN、InP）的组合。IEEE的异构集成路线图采用最宽松表述：“将单独制造的组件集成到更高级别组件中，提供增强功能和改进特性。”这种多样性反映了异构集成的灵活性，但也增加了理解难度。
● 异构集成的兴起源于单片设计的局限性。
◎ 单片SoC在速度、尺寸和功耗上的优势在芯片过大或成本过高时不再适用。
◎ 异构集成通过整合不同工艺（如先进逻辑与成熟模拟）和材料（如硅与光子元件），实现了性能与成本的平衡，内存和GPU需前沿节点，而其他功能可保留在成熟工艺，避免不必要开支。
2.5D和3D封装技术为异构集成提供了实现基础。中介层和堆叠技术使不同芯片间的紧密连接成为可能，提升了带宽和密度，3D集成的复杂性凸显了异构设计的价值，尤其在解决多物理场问题（如热管理、噪声）时。
● 异构集成的多样性带来了显著挑战。
◎ 不同工艺和材料的集成增加了设计和验证难度。低压UCIe接口（0.7-0.8V）与成熟节点的高压需求（3-5V）不兼容，需额外适配。
◎ 多物理场模拟成为必要，以确保热性能、可靠性和信号完整性，对工具链要求更高。模拟芯片因寄生效应难以采用先进节点，进一步复杂化了集成。
◎ 定义的模糊性也影响行业协作。若异构集成仅指不同节点组合，那么节点统一后是否仍属异构？即使节点相同，若功能和设计理念不同，仍可视为异构，凸显定义的实用性，异构集成的标准化可能比小芯片更复杂，需行业在流程和配方上达成共识。
小结
Chiplet和异构集成代表了半导体行业从单片设计向模块化、多样化发展的转型，Chiplet通过分解和高效互联，解决了成本、产量和性能优化的难题，为HPC和AI应用开辟新路径。
异构集成以更广视野整合不同技术，推动系统级创新。尽管定义尚未统一，但两者已在实践中展现变革性影响。标准化接口（如UCIe）和小芯片市场的兴起将加速其普及，而异构集成的未来依赖多物理场设计能力和行业协同。
这两个概念的价值不仅在于技术突破，更在于其对产业生态的启发，广泛应用需依赖互操作性、文档透明度和市场需求协同演进。
原文标题 : Chiplet与异构集成：半导体向模块化、多样化转型
