为驱动人工智能，芯片制造商像搭乐高积木一样堆叠“小芯片”——《华尔街日报》

人工智能热潮正推动芯片制造商加速开发将芯片像高科技乐高积木一样堆叠的设计。

行业高管们表示，“小芯片"是设计更强大芯片的更简便方式，他们称这项技术是60多年前集成电路问世以来最重要的进步之一。

“半导体未来的重要方向在于封装和小芯片技术，“IBM研究主管达里奥·吉尔在接受采访时表示，“这比从零开始设计一个巨型芯片要强大得多。”

包括AMD、英特尔、微软、高通、三星电子和台积电在内的科技巨头去年成立联盟，共同制定小芯片设计标准。英伟达——这家乘着AI浪潮成为全球首家万亿美元芯片公司的企业——随后也加入其中。IBM和一些中国企业也是该联盟成员。

苹果公司去年推出并于6月更新的高端Mac Studio电脑，是首批采用某种形式小芯片技术连接两个计算处理器的消费产品之一。这些芯片由台积电制造。最近几个月，英特尔和英伟达各自发布了基于小芯片的定制产品。

智能手机等典型消费设备包含多种功能芯片，如数据处理、图形处理、内存、通信和电源控制等。这些芯片通过精密导线连接，封装在保护性塑料外壳中，形成可固定在电路板上的模块。

通过新型小芯片封装技术，工程师们找到了将现有芯片组合在一起的方法，这就像用几块乐高积木拼装出一辆玩具车。

全球最大芯片代工商台积电表示，预计2025年其先进封装生产面积将达到2021年的两倍。图片来源：台湾积体电路制造公司中国小芯片初创企业M Square高管王晓阳将芯片设计者比作食谱创作者，而小芯片则是预制食材。他在公司新闻稿中表示，芯片设计公司可以随意组合所需食材，“就像简单烹饪后就能立即上菜”。

这一概念对急于设计专用于AI计算芯片的人工智能公司尤其具有吸引力。

英伟达表示，其小芯片技术使得图形处理器等现有产品可与具有特殊需求的公司设计的定制芯片相连接。

随着在微小空间内集成更多晶体管变得越来越困难，英伟达在去年向美国商务部提交的报告中指出，芯片堆叠技术"将成为以成本和功耗高效方式持续提升芯片性能的主要手段”。全球最大芯片代工厂台积电拥有供客户设计基于小芯片产品的自有平台。这家为苹果等公司供货的企业表示，预计2025年其先进封装生产面积将比2021年扩大一倍。

英伟达的Grace Hopper GH200超级芯片采用了一种小芯片技术形式，实现芯片间的互联。图片来源：英伟达各公司仍在努力降低小芯片的生产成本，并研究如何最有效地将它们拼接在一起。此外，小芯片需要不同的流程来验证性能，而且并非适用于所有功能。业内人士表示，小芯片设计非常适合售价4000美元及以上的高端苹果台式机等产品，而不是当前大众市场智能手机中的主芯片。

尽管如此，由于设计和制造最先进类型芯片的成本飙升，在可能的情况下，使用小芯片技术将几个不太先进的芯片组合起来以提高性能是有意义的。

“先进封装成本更高……但随着新硅片变得越来越昂贵，先进封装看起来更具吸引力，”半导体分析公司Real World Insights的创始人David Kanter表示。

与当今芯片制造的多数领域一样，先进封装也是中美竞争的议题。美国《芯片与科学法案》去年批准了25亿美元用于先进封装项目，而北京方面则提供税收减免和激励措施。

苹果的M1 Ultra芯片由台积电制造并于去年推出，采用了一种小芯片技术形式连接两个计算处理器。照片：Gabby Jones/彭博新闻总部位于美国的半导体行业协会2021年估计中国占据了全球芯片封装测试产能的38%。单独统计的台湾地区仍主导高端封装领域，但为苹果供货的中国主要企业长电科技表示，其能基于小芯片技术处理大批量先进芯片封装。  

中国的角色对美国构成双重潜在风险。尽管许多美国企业乐于与中国工厂合作完成这些专业芯片制造环节，但地缘政治危机或新疫情可能扰乱供应链。

此外，随着美国日益阻挠中国获取最先进芯片制造设备，中国在封装领域的优势可能成为规避制裁的途径。

据熟悉中国半导体发展的人士透露，部分中国工程师正测试小芯片系统以实现单颗先进半导体性能。中国于3月发布了小芯片新国标，中国小芯片联盟称此举将助力国内外知识产权持有者共建小芯片技术生态。

中国国际金融股份有限公司在3月的报告中指出：“从中国的角度来看，小芯片可能成为突破瓶颈的关键解决方案。”

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本文发表于2023年7月11日印刷版，标题为《乐高式’小芯片’堆叠技术推动人工智能加速发展》。