MIT科技评论:中国专注发展Chiplets



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送交者: testtesttest 于 2024-02-12 00:11:59

from MIT technology review, 写的不怎么样
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通过将几个不太先进的芯片封装成一个芯片,中国公司可以克服美国政府制定的制裁。
Zeyi Yang
二○二四年二月六日

在过去的几年里,美国的制裁让中国半导体行业陷入了困境。 虽然中国公司仍然可以制造用于当今用途的芯片,但它们不允许进口某些芯片制造技术和设备,这使得它们几乎不可能生产更先进的产品。

但是,有一个解决方法。 一种被称为chiplets的相对较新的技术现在为中国提供了一种方法来克服这些进口禁令,建立一定程度的自力更生,并与其他国家(特别是美国)保持同步。

在过去的一年里,中国政府和风险投资家都专注于支撑国内的小芯片chiplet产业。 学术研究人员正在被激励解决小芯片制造中涉及的尖端问题,而一些小芯片初创公司,如Polar Bear Tech,已经生产了他们的第一批产品。

与将所有组件集成在一块硅片上的传统芯片相比,小芯片采用模块化方法。 小芯片都有专用的功能,例如数据处理或存储; 然后将它们连接起来成为一个系统。 由于每个小芯片都更小、更专业,因此制造成本更低并且发生故障的可能性更小。 同时,系统中的各个小芯片可以更换为更新、更好的版本,以提高性能,而其他功能组件保持不变。

由于它们具有支持后摩尔定律时代持续增长的潜力,麻省理工学院技术评论选择了小芯片作为2024年的10项突破性技术之一。 芯片领域的强大公司,如AMD,英特尔和苹果,已经在其产品中采用了该技术。

对于这些公司来说,小芯片是半导体行业可以不断提高芯片计算能力的几种方式之一,尽管它们的物理限制。 但对于中国芯片公司来说,小芯片可以减少在国内开发功能更强大的传统芯片所需的时间和成本,并为AI等不断增长的重要技术部门提供服务。 为了将这种潜力变为现实,这些公司需要投资于将芯片封装技术,将芯片封装进一个系统中。

半导体智能公司TechInsights的工艺分析师Cameron McKnight-MacNeil表示:"开发利用小芯片设计所需的各种先进封装技术无疑在中国的待办事项列表里。 "众所周知,中国拥有一些用于小芯片封装的基础技术。”

更高性能芯片的捷径

美国政府多年来一直使用出口黑名单来限制中国半导体产业的发展。 2022年10月实施的一项此类制裁禁止向中国出售任何可用于制造14纳米芯片(相对先进但不是尖端类)的技术以及更先进的技术。

多年来,中国政府一直在寻找克服芯片制造瓶颈的方法,但使用光将设计图案转移到硅基材料上的过程需要的光刻机等领域的突破可能需要几十年才能实现。 如今,与台湾、荷兰和其他地方的公司相比,中国的芯片制造能力仍然落后。 "虽然我们现在已经看到[中国半导体制造国际公司]生产七纳米芯片,但我们怀疑生产昂贵且产量低,"McKnight-MacNeil说。

然而,小芯片技术是一个绕过限制的方法。 通过将一个芯片的功能分离成多个芯片模块,降低了制作每个单独部件的难度。 如果中国不能购买或制造一个强大的芯片,那就可以连接一些不太先进的芯片,它确实有能力制造。 总之,它们可能会达到与美国对中国禁止的先进芯片类似的计算能力水平,甚至更先进的水平。

但这种芯片制造方法对半导体行业的另一个部门提出了更大的挑战:封装,这是组装芯片的多个组件并测试成品器件性能的过程。 与传统的单片芯片相比,确保多个芯片能够协同工作需要更复杂的封装技术,这个技术被称为高级封装。

这对中国来说是一个更容易的提升。 如今,中国公司已经负责全球38%的芯片封装。 台湾和新加坡的公司仍然控制着更先进的技术,但要在这方面赶上来不那么困难。

"封装标准化程度较低,自动化程度较低。 它更多地依赖于熟练的技术人员,"哥伦比亚大学教授Harish Krishnaswamy说,他是研究电信和芯片设计的。 而且,由于中国的劳动力成本仍然比西方便宜得多,"我认为(中国)不需要几十年就能赶上来,"他说。

资金正在流入小芯片行业

就像半导体行业的其他任何事情一样,开发小芯片需要资金。 但在快速发展国内芯片产业的紧迫感推动下,中国政府和其他投资者已经开始对小芯片研究人员和初创公司投资。

2023年7月,国家基础研究最高基金国家自然科学基金委员会宣布计划资助17至30个涉及设计、制造、封装等方面的小芯片研究项目。 该机构表示,它计划在未来四年内提供400万至650万美元的研究资金,目标是将芯片性能提高"一到两个幅度"。”

该基金更专注于学术研究,但一些地方政府也准备投资于小芯片的工业机会。 无锡是中国东部的一个中型城市,它将自己定位为小芯片生产中心,即成为一个"小芯片的硅谷"。"去年,无锡的政府官员提议设立一个1400万美元的基金,将小芯片公司引入该市,并且已经吸引了少数国内公司。

与此同时,许多定位于在小芯片领域工作的中国初创企业也得到了风险投资的支持。

Polar Bear Tech是一家开发通用和专业滑索的中国创业公司,2023年获得了超过1400万美元的投资。 它在2023年2月发布了第一个基于小芯片的人工智能芯片"启明930"。 其他几家初创公司,如Chiplego,Calculet和Kiwimoore,也获得了数百万美元,用于为汽车或多模式人工智能模型专门制作的小芯片。

挑战依然存在

选择小芯片方法需要权衡。 虽然它通常可以降低成本并提高可定制性,但在芯片中具有多个组件意味着需要更多连接。 如果其中一个出错,整个芯片可能会失败,因此模块之间的高兼容性至关重要。 连接或堆叠几个小芯片也意味着系统消耗更多功率并且可能更快地升温。 这可能会破坏性能,甚至损坏芯片本身。

为了避免这些问题,不同的设计芯片的公司必须遵守相同的协议和技术标准。 在全球范围内,各大公司于2022年齐聚一堂,共同提出了通用芯片互连快车(UCIe),这是一个关于如何连接芯片的开放标准。

但所有玩家都希望自己有更多的影响力,因此一些中国实体提出了自己的小芯片标准。 事实上,不同的研究联盟已经在2023年提出了至少两个中国自己的小芯片UCI标准,2024年1月推出的第三个中国自己的标准,侧重于数据传输而不是物理连接。

第一批光刻工具相当简单,但生产当今芯片的技术是人类最复杂的发明之一。

如果没有业内所有人都认可的通用标准,小芯片将无法达到该技术所承诺的可定制水平。 而它们的缺点可能会让世界各地的公司回到传统的一体式芯片。

对于中国来说,拥抱小芯片技术不足以解决其他问题,例如获得或制造自己的光刻机。

结合几种不太先进的芯片可能会提高中国芯片技术的性能,并取代它无法获得的先进芯片,但并不能生产出远远领先于现有顶级产品的芯片。 随着美国政府不断更新和扩大其半导体制裁,小芯片技术也可能受到限制。

2023年10月,当美国商务部修改其早先对中国半导体行业的制裁时,它包括了一些新的语言和一些关于小芯片的内容。 该修正案增加了新的参数,确定哪些技术被禁止出售给中国,其中一些增加似乎是为了衡量芯片的先进程度。

虽然世界各地的芯片工厂不受限制为中国生产不太先进的芯片,但商务部的文件还要求他们评估这些产品是否可能成为更强大的集成芯片的一部分,

在所有实际和政治障碍的情况下,无论中国投入多少政治意愿和投资,小芯片的开发仍然需要一些时间。
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