半导体技术是现代电子产业的基础，其起源可以追溯到18世纪末20世纪初。但直到20世纪50年代，这项技术才开始逐渐成熟。1947年，美国贝尔实验室的科学家们发现了半导体材料的电子特性，并在此基础上发明了第一个晶体管，由此引领了电子工业的革命。到了60年代，仙童半导体开发了世界上第一款商用集成电路，其后集成电路实现了规模化生产；英特尔创始人之一的戈登·摩尔提出了著名的“摩尔定律”，为后面几十年半导体行业的发展指明了方向。半导体行业就此开启了高速发展的历程，在计算机、通信、光电子等领域广泛应用，成为现代高科技产业的重要支撑。
然而，传统的摩尔定律近乎到达极限，芯片性能和功耗之间的平衡问题成为了制约半导体行业向前发展的最大瓶颈之一。为了同时提升芯片性能和降低功耗，半导体行业正在经历着从传统的摩尔定律时代向后摩尔时代的变革。
后摩尔时代的标志之一便是Chiplet构架的兴起。Chiplet构架将一个复杂的芯片拆分成多个独立的模块，每个模块可以由不同的供应商制造并灵活组合。这种模块化的设计提高了芯片的性能和节能程度，同时也大幅降低芯片研发和制造的成本和时间。
近年来，随着人工智能、5G通信和高性能计算的迅速发展，Chiplet架构在芯片设计与芯片服务领域中得到了广泛应用。本期“创芯派”聚焦于市场首家基于Chiplet的定制化高性能计算解决方案提供商，安创成长营11期加速团队——「北极雄芯」。来自「北极雄芯」的创始人兼首席科学家马恺声为我们讲述了在“后摩尔时代”下，北极雄芯如何运用自身的技术能力和创新精神，打造新型芯片产业生态。
基于Chiplet的异构架构应用处理器
Q：北极雄芯在产品定义上有哪些优势和亮点，或者说新的突破？
A：北极雄芯立足于为各类高性能计算场景提供基于Chiplet的解决方案，采用创新的异构集成思路，将传统SoC中的通用模块及专用模块解耦，分别设计制造小芯粒并集成，有效解决了下游客户在算法适配、迭代周期、算力利用率、算力成本等各方面难以平衡的痛点。
公司基于清华大学前沿研究积累孵化，在Chiplet架构以及相关产业链上已经深耕三年，设计迭代了多代芯粒产品，拥有自主知识产权的NPU及芯粒互联高速接口方案，并且牵头产业链上IP提供商、封装测试服务商、系统集成商等多家龙头企业共同起草基于国产封装供应链的芯粒互联标准，共建产业生态。
今年2月，公司发布了国内首款基于异构Chiplet集成的智能处理芯片“启明930”，中央控制芯粒采用RISC-V CPU核心，同时可通过高速接口搭载多个功能型芯粒，基于国产基板材料以及2.5D封装，做到8~20T的算力灵活拓展，标志着公司基于Chiplet架构的产品系列逐步走向成熟。
△启明930芯片
Q：公司的产品主要应用在哪些领域？这些领域有哪些痛点？如何打开市场？
A：北极雄芯为各类高性能计算场景提供基于Chiplet架构的解决方案，可广泛应用于各类云、边端高性能计算领域，比较有代表性的场景包括智能驾驶、AI推理、隐私计算、科学计算等。
在智能驾驶领域，随着汽车智能化渗透率的提升，智能座舱、自动驾驶等各类解决方案在新车上的装载部署迅速提升。尽管智能驾驶领域市场规模及未来增长可观，但目前各类车型在功能及算力需求上的差异化较大，单一车型的产销量规模又相对有限，单一芯片很难同时兼顾不同档次车型在产品差异化、迭代周期、成本控制上的需求。而Chiplet架构通过将车载大型SoC芯片的模块拆分成小芯粒，由主机厂/集成商根据自身产品需求进行灵活搭配，不但有效解决了差异化需求的问题，而且通过模块复用降低了量产成本，缩短了产品迭代周期，甚至支持主机厂/集成商根据自身需求灵活定制，有效解决了下游客户需求的痛点。北极雄芯目前已经与经纬恒润、海星智驾等多家达成战略合作，并同时与若干主机厂在产品定义、项目预研等方面开展合作探讨。
在云端AI推理领域，随着海量数据积累、AI模型训练成熟以及各行业AI应用场景的丰富，市场对高性能算力的需求逐步由“通用化”向“专用化”转变，而大部分下游场景均面临着通用算力利用率低，而自研ASIC成本高迭代慢等痛点。北极雄芯Chiplet异构集成的方案将通用型的I/O、功能型模块以及特定算法强相关的计算模块（如NPU单元）进行拆分，基于通用型的Hub Chiplet为基础，支持下游各场景独立开发、或基于公司已有架构定制化开发专用计算模块，并由公司最终进行集成，为客户提供定制化的高性能计算解决方案。有效降低了单位算力的使用成本。简单来说，Chiplet模式让客户能够以相比传统开发模式极低的初始投入，以及相比购买通用算力而言更低的量产成本，获得同等算力的自主知识产权硬件方案。北极雄芯已经与行业领先的系统集成商达成战略合作，共同探索下游客户需求，并针对性的提供基于Chiplet的整体解决方案。
持续探索高性能计算新机遇
Q：面对快速发展的芯片产业，北极雄芯下一步有何发展规划？
A：尽管目前国内的半导体产业由于国际形势的变化及下游消费市场的疲软面临较大的挑战，但从另一方面我们也看到了历史性的机遇：从市场需求来看，智能驾驶的快速发展以及AIGC应用的兴起将推动新一轮高性能计算需求的增长；从外部形势及供应链安全保障来看，关键核心部件在设计、生产、封装等各环节自主可控重要性的提升，将推动行业各方增加对Chiplet架构等各类创新模式的投入及探索。
北极雄芯三年来专注于Chiplet领域的探索，在生态建设、标准推广、产品迭代等方面齐头并进。早在2020年，公司即与国内上下游共同建立了中国Chiplet产业联盟，专注于Chiplet架构在各领域应用的前沿探索，并于今年2月联合国内领先的IP提供商、封装测试服务商、系统集成商共同发布了基于国产封装供应链的芯粒互联标准。在产品层面，公司今年发布了国内首个基于Chiplet异构集成的AI芯片，验证了在全国产封装供应链下实现低成本高性能计算的可行性。在产业合作层面，公司成立以来先后引入了韦豪、讯飞、中芯等产业背景的战略投资方为公司提供产品需求及产业资源的协同，并与多家下游场景方达成了战略合作，致力于共同推动Chiplet在各行业场景的应用。
下一步，公司将在上述各方面持续投入资源，与上下游各环节共同推动国内Chiplet产品的发展以及产业生态建设。在产品层面，公司将稳步推进多个通用型芯粒及功能型芯粒的开发，同时积极与国内晶圆厂、封测厂共同探讨基于全国产供应链的芯粒研发，并在此基础上陆续推出基于国内芯粒互联标准的接口产品等。在产业合作方面，公司将陆续引入各领域有较强产业协同的战略投资方，在支持公司产品研发的同时共同推动各特定场景产品的应用落地。
Chiplet的挑战和机遇
Q：您认为Chiplet技术有何难点和机遇？
A：Chiplet本身并不是一个产品，Chiplet技术在不同场景类型的产品运用中，采用的设计理念、封装方案等均存在较大的差异。目前国际主流的半导体企业在Chiplet上的探索及应用主要还是通过先进封装等技术解决先进制程下摩尔定律逐渐失效的问题，具体在CPU、GPU等通用计算产品上率先实现商用。
而Chiplet在国内的运用则需更加注重国内的应用场景需求、供应链自主可控的边界、投入产出商业化可行性等因素。Chiplet带来的商业价值，更有可能在一些差异化需求显著、自主可控重要性高的专用计算领域率先实现商用，除了在封装、接口等环节的技术演进外，Chiplet服务商站在系统及架构角度考虑综合性的解决方案至关重要。
前面已经在应用领域层面展开了一些探讨，包括Chiplet如何解决各应用领域的痛点问题。基于国内Chiplet运用场景的需求而言，我们认为技术层面的难点在于如何最大可能的利用国内自主可控的供应链实现Chiplet产品化。例如在生产制造环节，目前国外先进制程的产能存在诸多不确定性，而国内产线建设及技术演进又面临着多重限制，商业化的难点在于如何就芯片模块进行拆分，并且分别在不同工艺制程上生产，达到商业化的最优。在封装测试环节，国内的封装基板材料与海外相比存在一定差距，而先进封装目前的量产成本相对较高，且面临产能自主可控的问题，如何在国产封装供应链的边界内反过来优化芯粒、接口等设计，同时做到成本可控便成了核心难点。
无论是在先进制程、先进封装以及通用算力产品上追求技术领先，还是基于国内产业链及场景需求的现状寻求商业平衡，均为Chiplet产业链各环节的发展带来了难得的机遇。北极雄芯致力于从系统及架构层面出发，立足于客户的实际需求、成本敏感度，以及国内可获得的供应链资源，去探索基于Chiplet的高性能计算解决方案，最终成为重要的Chiplet集成商及服务商；我们同时也关注到国内有诸多厂商分别在CPU/GPU Chiplet、先进封装技术、互联接口等各个特定环节领域取得了不同程度的进展，我们相信随着各方在不同技术环节领域的不断突破，将很快在产品及系统层面形成合力，共同推动产业生态的不断完善。
Q：近期发布的“中国Chiplet高速串口标准ACC1.0”对国内半导体产业有何影响？
A：国内的半导体产业尚处于发展期，尤其在当今国际形势下亦将长期处于追赶阶段，产业链各环节上与国际领先技术水平相比仍有一定差距。国内半导体产业在Chiplet上要有所突破，要解决一个关键问题，就是如何在现有相对落后的制造工艺、尚在发展中的先进封装技术以及相关核心材料供应链的基础上，做出满足性能预期且成本可控的产品，使得Chiplet真正具有商业可行性。
从上述问题出发，中国Chiplet产业联盟立足于国内供应链成熟程度的现状，联合国内系统、IP、封装厂商一起，制定了《芯粒互联接口标准》（Advanced Cost-driven Chiplet Interface）ACC1.0。作为中国全自主可控Chiplet高速串口标准，ACC1.0着重基于国内封装及基板供应链进行优化，以成本可控及商业合理性为核心导向，通过差异化的技术优势以及极具吸引力的授权价格，最终取得市场广泛使用及推广。目前，该标准申请的团体标准提案已完成立项评审和立项公示。
从应用领域来看，ACC标准更加适用于各类异构计算场景，如各类AI加速产品、GPU、FPGA、多核CPU Die内已经互联后与其他异构模块交互等。在成本较为敏感、出货量规模有限、供应链能力偏弱、保供要求较高的诸多下游领域，采用ACC标准更加能够满足商业可行性的需求。
有别于UCIe基于全球供应链及先进封装，ACC标准基于国产基板及封装能力在接口层面进行优化，并且以成本可控作为主要切入点。ACC标准在联盟内部已经推动了相关企业进行研发，相关企业近期将陆续推出基于ACC标准的相应接口产品，并以此推动基于Chiplet的异构集成相关方案，以解决国内大算力需求SoC市场普遍存在的开发周期长、风险大、迭代慢、投入大等痛点。在此共建标准的基础上，行业内各半导体设计公司可联合行业头部客户群，以项目为抓手，进一步共建项目以丰富Chiplet芯粒库，推动Chiplet方案在各商业场景应用，从而真正实现国产Chiplet方案的加速落地。
写在最后
在半导体行业内，许多制造商正积极寻求创新技术，以便在这个竞争激烈的市场中脱颖而出。Chiplet作为一个跨时代技术，也是一个最新的解决方案之一，一跃成为了半导体行业中颇为红火的话题，得到大家的广泛关注。而随着芯片数量、规模和速度的提高，Chiplet技术变得更加实际可行。它不仅能够提高性能，而且可以降低成本，使新技术得到推广，众多半导体公司都在积极研究和推进Chiplet技术的开发和应用。
随着技术的不断创新，在后摩尔定律时代的探索和开拓中，北极雄芯同步研发基于Arm构架的下一代芯片，我们期待着处于行业领先地位的北极雄芯能大放异彩，带来更多精彩纷呈的Chiplet技术应用和解决方案。
