美国对中国在先进芯片技术领域的限制,导致中国无法购买和制造最顶尖的芯片。
然而,据美国媒体《彭博》报道,中国正致力于发展小芯片(Chiplet)技术,通过将成熟的芯片像积木一样组合在一起,以制造出接近先进水平的芯片,从而寻找突破口。
尽管中国股市近期整体表现低迷,但半导体产业中的小芯片概念股却屡创新高。中国大型封装测试公司“华天科技”的股票因持续上涨而备受关注。
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近半年来,中国的小芯片半导体企业备受投资机构青睐,其中从事下一代通用小芯片及功能型小芯片研发的创新公司“北极雄芯”以及车用小芯片研发厂商“芯砺智能”近期都获得了资金支持。
文章指出,中国在传统芯片技术领域迎头赶上的希望可能较为渺茫,但在新兴技术领域,中国正通过多条路线齐头并进,包括石墨烯、量子芯片以及小芯片等。其中,两年前还鲜为人知的小芯片技术被认为是中国最具现实意义的希望所在。
中国正利用小芯片技术将成熟芯片像积木一样组合在一起,以制造出接近先进制程的芯片,期望突破美国的封锁。美国乔治城大学安全与新兴科技中心的数据研究分析师费尔德盖斯解释称,与其制造一个大芯片,不如制造一系列小芯片,然后将它们封装在一起,实现比两个独立芯片更快的互连。
传统芯片是将所有组件都集成在单一的硅片上,而现代的模块化芯片设计则采取了不同的策略。在这种设计下,每个芯片都被赋予了特定的功能,比如数据处理或存储,然后再将这些芯片连接成一个完整的系统。由于每个芯片都变得更小、更专业化,它们的制造成本降低了,故障率也相应减少。同时,这种设计允许系统中的单个芯片可以独立地升级为更新、更优秀的版本,从而提升整体性能,而其他功能组件则可以保持不变。
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《麻省理工技术评论》也因此将芯片列为2024年十大突破性技术之一。芯片制造商们坚信,更小、更专业的芯片设计能够延续摩尔定律的生命力。芯片行业的领军企业,如AMD、英特尔和苹果,已经在他们的产品中广泛采用了这种技术。
对于这些领先的公司而言,芯片技术是半导体产业突破物理极限、持续提升计算能力的关键途径之一。
而对于中国的芯片企业来说,这项技术不仅可以缩短在国内研发更强大芯片的时间并降低成本,还能为人工智能等不断增长的关键技术领域提供有力的产品支持。为了将这一潜力转化为现实,这些公司需要投资于先进的芯片封装技术,以将多个芯片高效地集成到一个设备上。
半导体智能公司TechInsights的流程分析师卡梅隆•麦克奈尔(Cameron McKnight-MacNeil)指出:“中国在开发利用芯片组设计所需的先进封装技术方面,无疑面临着重要的任务。但众所周知,中国已经掌握了一些基本的芯片部署技术,这为未来的发展奠定了坚实的基础。”
从商业角度来看,使用小芯片架构具有很大优势。如果中国公司能够设计出这样的系统,就可能找到一种绕过美国政府出口管制的途径。然而,目前还没有具体的证据支持这一点,仍需进一步观察。
小芯片技术被半导体业界视为超越摩尔定律物理极限的关键技术。通过同质整合和异质整合,将多个处理器引擎、存储器、射频元件、电源管理芯片、光学元件等集成在一个小芯片的芯片网络中。而小芯片技术得以发挥的关键在于先进的封装技术。
目前,Chiplet已成为下一代芯片设计与制造的关键方法。业界巨头如英特尔、AMD和台积电等均已采纳Chiplet设计理念。
Chiplet技术成功突破了SoC设计的四大局限:首先,它超越了光罩面积的限制,实现了更大规模的集成;其次,通过异质集成技术,它打破了功能上的局限,不再受制于多种工艺的约束;再者,Chiplet以可扩展的算力提升了芯片性能;最后,其敏捷的开发方式显著缩短了设计周期。借助芯粒集成技术,Chiplet能够实现系统的高度集成,增加功能密度并降低成本。此外,结合创新的传输电路与器件技术,可进一步提升电子产品的价值,推动产业升级与规模扩张。目前,芯粒技术已广泛应用于新一代移动通信、高性能计算、自动驾驶及物联网等领域。
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多年来,美国政府通过出口黑名单持续限制中国半导体产业的发展。
2022年10月,一项新的制裁措施更是禁止向中国出售任何可用于14纳米级及以下先进芯片制造的技术。
面对这样的制约,中国政府一直在探索突破芯片制造瓶颈的方法,但在光刻等关键领域取得进展可能需要长达数十年的时间。光刻,即将设计图案通过光转移到硅材料上的技术,目前中国的芯片制造能力与台湾、荷兰等地的公司相比仍显落后。
麦克奈特-麦克尼尔指出:“尽管中国中芯国际已经生产出了7纳米芯片,但我们怀疑其生产成本高昂且产量有限。”
然而,芯片组技术为中国提供了一条绕过这些限制的潜在途径。通过将芯片功能拆分为多个模块,降低了每个单独部件的制造难度。如果中国无法购买或制造高性能的单片芯片,它可以通过连接多个制造难度较低的芯片来实现类似或更高的计算能力。
但这种芯片制造方法给半导体产业的另一领域——封装——带来了更大的挑战。封装是将芯片的多个组件组合在一起,并测试最终设备性能的过程。确保多个芯片能够协同工作需要比传统单片芯片更复杂的封装技术。这一过程中所涉及的技术被称为先进封装。
对中国而言,封装领域的提升相对容易一些。目前,中国公司已占据全球芯片封装市场的38%。虽然台湾和新加坡的公司在更先进的技术上仍占据主导地位,但中国在这一领域的追赶难度相对较低。
“封装技术的标准化程度较低,自动化程度也相对较低。”哥伦比亚大学研究电信和芯片设计的教授哈里什•克里希纳斯瓦米表示。考虑到中国的劳动力成本仍远低于西方国家,他认为中国在这一领域的追赶不需要数十年那么久。