中國為何豪賭Chiplet晶片技術？
在過去的幾年裡，美國的製裁使中國的半導體產業陷入困境。雖然中國公司仍然可以生產符合當今用途的晶片，但不允許它們進口某些晶片製造技術，這使得它們幾乎無法生產更先進的產品。不過，有一種變通辦法。現在，一種被稱為Chiplet的相對較新的技術為中國提供了一種規避這些出口禁令、建立一定程度的自力更生能力並與其他國家（尤其是美國）保持同步的途徑。以下是TechnologyReview於2月6日發表的文章：《中國為何豪賭Chiplet晶片技術？》
在過去的一年裡，中國政府和創投都著力扶持國內的晶片產業。學術研究人員受到激勵，以解決晶片製造所涉及的前沿問題，而一些晶片新創公司已經生產出了首批Chiplet產品。
傳統晶片將所有組件整合在一塊矽片上，而Chiplet則採用模組化方式。每個晶片都有專門的功能，如資料處理或儲存；然後將它們連接成一個系統。由於每個晶片的體積更小、功能更專一，因此製造成本更低，故障的可能性也更小。同時，系統中的單一晶片可以更換為更新、更好的版本，以提高效能，而其他功能組件則保持不變。
由於Chiplet具有在後摩爾定律時代支持持續成長的潛力，《麻省理工科技評論》將其選為2024年十大突破性技術之一。晶片領域的強大公司，如AMD、英特爾和蘋果，已經在其產品中使用了這項技術。
對這些公司來說，Chiplet是半導體產業不斷提高晶片運算能力的幾種方法之一，儘管它們有物理上的限制。但對於中國的晶片公司來說，它們可以減少在國內開發更強大晶片所需的時間和成本，並為人工智慧等不斷增長的重要技術領域提供產品。要將這種潛力變為現實，這些公司需要投資於晶片封裝技術，將晶片連接到一個設備。
半導體情報公司TechInsights 的製程分析師卡梅隆-麥克尼爾（Cameron McKnight-MacNeil）表示：「開發利用Chiplet設計所需的先進封裝技術無疑是中國的任務之一。眾所周知，中國擁有部署晶片組的一些基礎底層技術”。
實現高性能晶片的捷徑
幾年來，美國政府一直利用出口黑名單來限制中國半導體產業的發展。其中一項制裁於2022 年10 月實施，禁止向中國出售任何可用於製造14 奈米世代晶片（相對先進但非尖端）以及更先進晶片的技術。
多年來，中國政府一直在尋找克服由此造成的晶片製造瓶頸的方法，但要在光刻技術–利用光線將設計圖案轉移到矽基材料上的工藝–等領域取得突破可能需要幾十年的時間。如今，與台灣、荷蘭和其他國家的公司相比，中國的晶片製造能力仍然落後。麥克奈特-麥克尼爾說：”雖然我們現在已經看到（中芯國際）透過DUV製程生產7奈米晶片，但我們懷疑生產成本高，產量低。”
不過，Chiplet技術有望擺脫這項限制。透過將晶片的功能分離成多個晶片模組，可以降低製造每個單獨部件的難度。如果中國無法購買或製造單一功能強大的晶片，就可以連接一些有能力製造的較低級晶片。它們組合在一起，就有可能達到與美國阻止中國使用的晶片類似的運算能力水平，甚至更高。
但這種晶片製造方法對半導體產業的另一個領域提出了更大的挑戰：封裝，即組裝晶片的多個組件並測試成品設備性能的過程。要確保多個晶片能夠協同工作，需要比傳統單晶片更複雜的封裝技術。這一過程中使用的技術稱為先進封裝。
這相對對中國來說是一個更容易的提升。如今，中國公司已經生產了全球38% 的晶片封裝產品。台灣和新加坡的公司仍然掌握著更先進的技術，但要在這方面迎頭趕上並不那麼困難。
“封裝Chiplet的標準化程度較低，自動化程度也較低。它更依賴熟練的技術人員，”哥倫比亞大學研究電信和晶片設計的教授哈里什-克里什納斯瓦米說。由於中國的勞動成本仍然比西方國家低得多，”我認為中國不需要幾十年就能趕上”，他說。
資金正在流入晶片產業
與半導體產業的其他領域一樣，開發晶片也需要資金。但出於快速發展國內晶片產業的迫切感，中國政府和其他投資者已經開始向晶片研究人員和新創公司投資。
2023 年7 月，中國國家自然科學基金委員會（國家基礎研究的最高基金）宣布，計畫資助17 至30 個晶片研究項目，涉及設計、製造、封裝等。該組織表示，計劃在未來四年內發放400 萬至650 萬美元的研究經費，目標是將晶片性能提高”一到兩個量級”。
該基金更側重於學術研究，但一些地方政府也準備投資於晶片的產業機會。無錫是中國東部的一個中等城市，它正將自己定位為晶片生產中心- “芯粒之谷”。去年，無錫政府官員提議設立一個折合1,400 萬美元的基金，用於將晶片公司引入該市，該基金已經吸引了一些國內公司。同時，一批定位在Chiplet領域研發的中國新創公司也獲得了創投的支持。
北極雄芯（Polar Bear Tech）是一家開發通用和專用晶片的中國新創公司，2023 年獲得了超過1,400 萬美元的投資。該公司於2023 年2 月發布了首款基於晶片的人工智慧晶片”啟明930″。其他幾家新創公司，如Chiplego（芯礪智能）、Calculet（原粒半導體）和Kiwimoore（奇異摩爾）也獲得了數百萬美元的投資，用於製造汽車專用晶片或多模態人工智慧模型。
挑戰依然存在
選擇Chiplet方法需要權衡利弊。雖然它通常能降低成本並提高客製化能力，但在晶片中包含多個組件意味著需要更多的連接。如果其中一個出現問題，整個晶片就會失效，因此模組之間的高度相容性至關重要。連接或堆疊多個晶片也意味著系統耗電更多，發熱更快。這可能會影響效能，甚至損壞晶片本身。
為了避免這些問題，設計Chiplet的不同公司必須遵守相同的協議和技術標準。2022 年，全球各大公司聯合提出了通用晶片互連快車（UCIe），這是一個關於如何連接晶片的開放標準。
但所有參與者都希望自己擁有更大的影響力，因此一些中國實體提出了自己的晶片組標準。事實上，不同的研究聯盟在2023 年提出了至少兩個中國晶片組標準，作為UCIe 的替代標準，而2024 年1 月出台的第三個標準則將重點放在了數據傳輸而非物理連接上。
最初的光刻工具相當簡單，但生產當今晶片的技術卻是人類最複雜的發明之一。如果沒有一個業界人人認可的通用標準，晶片就無法實現該技術所承諾的客製化程度。它們的缺點可能會讓全球的公司重新使用傳統的一體成型晶片。對中國來說，採用晶片技術還不足以解決其他問題，例如難以取得或製造光刻機。
將幾種不那麼先進的晶片組合在一起，可能會提升中國晶片技術的性能，並取代中國無法獲得的先進技術，但卻無法生產出遠遠領先於現有一線產品的晶片。而且，隨著美國政府不斷更新和擴大對半導體的製裁，晶片技術也可能受到限制。
2023 年10 月，美國商務部修訂了早前對中國半導體產業的製裁措施，其中包括一些新的措辭和對晶片的一些提及。修正案增加了新的參數，以確定哪些技術被禁止出售給中國，其中一些新增參數似乎是為衡量晶片的先進程度而量身定制的。
雖然世界各地的晶片工廠並不受限制為中國生產不太先進的晶片，但商務部的文件也要求他們評估這些產品是否會成為功能更強大的整合晶片的一部分，這就給他們施加了更大的壓力，要求他們核實自己的產品最終不會成為被禁止向中國出口的產品的部件。
由於各種現實和政治障礙，無論投入多少政治意願和投資，晶片組的發展仍需時日。它可能是中國半導體產業製造更強晶片的捷徑，但不會是解決中美技術戰的靈丹妙藥。