有投資半導體必看!突破壁壘的技術:小晶片(Chiplet) #56

更新 發佈閱讀 9 分鐘

長期追蹤我的讀者都知道,Mark的專長是先進封裝,今天,我要來為大家介紹目前在業界非常重要的一項異質整合(Heterogeneous Integration)技術

在當今的科技世界中,處理器是電腦、伺服器和各種電子設備的核心大腦。它們的性能直接影響到我們日常生活的效率,從玩遊戲到處理大數據,都離不開強大的晶片。然而,傳統的晶片設計正面臨瓶頸:

隨著製程技術的推進,製造更大、更複雜的單一晶片變得越來越昂貴和困難。

這時,AMD公司推出採用小晶片(chiplet)封裝技術的產品(Lisa Su手裡那顆),如同一股清流,帶來了模組化的創新解決方案。

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但其實Chiplet是一種先進封裝技術,並不能說是AMD推出的;但AMD的貢獻在於,他們是第一家將 Chiplet 技術大規模應用到主流消費和伺服器處理器中的公司。如今,Intel、NVIDIA 等其他公司也紛紛跟進,Chiplet 已然成為半導體產業的趨勢,以應對在front-end製程節點(註一)上 Moore 定律放緩的挑戰。



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【傳統晶片設計的侷限】

要理解chiplet技術,我們先來回顧傳統的晶片設計方式;傳統處理器通常採用「單片式」(monolithic)的設計,即將所有功能(如運算核心、記憶體控制器、輸入輸出介面)整合在同一個單一晶片(業界稱晶粒,英文叫die)上。

這種方法在早期很有效,因為當時晶片尺寸尚小,製程簡單。

然而,隨著摩爾定律(Moore’s Law)的持續推進(每18個月晶片上的電晶體數量翻倍),晶片也變得越來越複雜;現代處理器可能包含數十億個電晶體,製造過程中任何一點缺陷都可能導致整個晶片報廢,這導致整體生產良率(yield,跟殖利率同一個單字)下降。

根據半導體產業的數據,當晶片面積超過一定大小(如800*800 mm)時,良率可能低至30%以下,這不僅推高成本,還限制了性能的擴展。

此外,單片式設計缺乏靈活性,因為不同應用需要不同的功能組合,例如AI伺服器晶片強調多核心並行運算,而消費級產品(手機、電腦)更注重圖形處理;如果每次都從頭設計一個新晶片,開發周期長、成本高。

這些問題促使產業尋找新途徑,而chiplet技術正是答案之一。

 

那到底什麼是Chiplet技術?

Chiplet,台灣叫做「小晶片」,是一種模組化的晶片設計蓋念。

其概念也並非全新,最早源自多晶片模組(註二)的想法。

它將傳統的單一巨型晶片拆分成多個較小的、專門化的晶片模組,每個chiplet負責特定功能,然後透過先進封裝(如2.5D/3D堆疊等)互連技術組合起來,形成一個完整的系統,以提高效率、降低整體成本(註三),並提升產品設計的擴展性(需要更多核心?更多容量?只需加chiplet即可)。

這個技術允許將原本複雜的大型晶片設計,拆分成多個小型的模組(因此英文得名為chiplet);簡單來說,這就像樂高積木:你可以根據需求組合不同功能的積木塊,快速建造出各種樣態。


Chiplet這種設計不僅靈活,還能根據市場需求快速迭代;相比之下,AMD最早的競爭對手(Intel),最初堅持單片式設計,但近年也開始轉向chiplet,更證明這項技術的潛力。

也正是這種設計,讓AMD在當年的CPU大戰中成功逆襲Intel、奪取市場份額(從不到1%飆升到30%以上,也讓蘇姿丰成功締造逆轉勝的史詩神話)。



【Chiplet在AI領域也能

在AI和資料中心領域,chiplet更顯優勢。

AMD的Instinct MI系列加速器使用chiplet整合CPU、GPU和高頻寬記憶體(HBM),形成「超級晶片」,根據AMD的數據,這種設計讓性能提升達40%,功耗降低25%。

NVIDIA也從過去長期堅持單一晶粒(Monolithic)設計,轉變為自Blackwell架構(B200/B100等)開始,正式擁抱Chiplet設計概念,而後來的GB系列也是用這個技術搞出來的!

Chiplet還支援將不同廠商的晶片做異質整合(即甲品牌的CPU加乙品牌的GPU結合),看到這裡,你應該知道2025年,老黃宣佈跟英特爾合作時到底在想什麼了!

 

無論你是半導體科技股投資人還是專業人士,理解Chiplet都能讓你洞察未來產業的脈動,隨著技術演進,我們將見證更多創新應用,根據產業預測,到2030年,Chiplet市場規模至少將達數百億美元;Mark在此也大膽預言,未來,chiplet將主導半導體產業,尤其隨著AI、次世代高速傳輸和實體物理AI邊緣運算的興起,有望帶動更多相關需求。

當然,chiplet並非完美,最大挑戰是chiplet之間互聯的通訊延遲若過高,會影響整體性能;另一挑戰是熱管理和功率分配,因為多晶片堆疊,就像夏天蓋好幾層被子一樣,易產生熱點。

但這也造就各家公司以此打造自己的護城河,誰的技術能更好的解決這些問題,誰就能拿下更多訂單、創造更多營收!

誰說研究美股只要看財報就好?

NoNo,財報只是公司執行面最終的數據映射;瞭解科技,才是真正「懂自己到底買了什麼」!



〖註一〗
就是大家常聽到在講gate length又微縮到多少奈米那個,如果到這裡有聽不懂的,一定要回頭先去補習第24期,不然如果連半導體最基本在做什麼都不清楚,那真的不建議投資半導體,也不要投資台積電,因為當黑天鵝或灰犀牛事件發生時,若缺乏背景知識而無法獨立判斷,你一定怕爆!
知識是疊加累積出來的,而Mark每一期的文章內容編排都是有意義的,大家如果能跟著我的邏輯一步一步踏實的走,長期會能建立更多知識概念,讓你持有這些科技股更有信心、拿的更穩!
〖註二〗 多晶片模組(MCM, Multi-Chip Module)
下面是蘋果的多層堆疊記憶體晶片,不然現在iPhone也不可能有以TB計算的容量;如果你嫌iPhone為何同機型只是容量加大就顯著變貴,那是因為台積電開價高!

這項技術其時很早就有了,只是當初因為太貴,沒有客戶有興趣,所以到了這幾年,消費者對大容量終端裝置的需求興起,才真正導入量產。

而上面底線粗字的狀況其實十五年前CoWoS在台積內部發明出來的時候也是這樣,但,是金子總會發光,對吧? 這也是Mark文章分析的價值,有些人認為看了我的東西,又不一定對投資有立即的幫助,但時間會證明一切。
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〖註三〗chiplets對成本的影響
目前在半導體業,複雜的大型IC設計,其初始開發成本不談,光導入量產前的光罩製作(光罩就是拿來給ASML的曝光機用來轉刻印成像在空白晶片上的遮罩)隨便就是千萬美元等級,此時,如果複雜設計中的其中一個部分有問題或設計失誤,就完了!

chiplets將大型設計拆分有助於降低困難度跟分散風險,還能加速產品迭代開發(想成類似我們以前用P2P種子下載檔案的概念,一個project拆分給更多團隊執行一定速度更快),實現更高良率(因為以前是一顆大鴕鳥蛋,打破就沒了;現在是很多小鵪鶉蛋,破了就拿另一顆來補,整體還是能出貨)。

並且傳統的單一設計不可能混搭節點(因為曝光機在曝都是一起的,不可能你左邊要2奈米、右邊要7奈米),但如果將大晶片拆成小晶片來做,就可以不同的小晶片按照各自適合的性價比來選擇製程,比如處理器用最先進的奈米數、旁邊次要單元用成熟(也便宜)一點的製程。

產業數據分析顯示,使用chiplet可將原本單一設計的整體成本降低40%以上!

當然,這一切建立在先進封裝的基礎上,沒有先進封裝,chiplet是不可能實現的,是故擁有相關技術與產能的公司,不管股市情緒如何漲跌,未來前途仍舊光明(這都還沒考慮到以後人形機器人的應用空間)。
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