半個多世紀以來，半導體技術一直默默支撐著科技變革的潮流。可以說，半導體性能、能耗和成本的不斷優化，使一個個智能產品得以成為現實，同時，全球半導體也形成了當前較為穩固的分工模式和產業格局。
不過，行路至此，全球半導體產業正處于大變局中：一方面，摩爾定律在不斷逼近極限；另一方面，地緣政治裹挾下的全球半導體產業，原有的分工合作面臨著不確定性。此外，疊加疫情、全球通脹等所有動蕩因素，一個巨大的問號浮現——全球半導體長期穩定的合作，何以為繼？
行業在尋求共同的樂觀？
近日，美國政府最終通過了《2022年芯片和科學法案》，同時提議與韓國、日本和中國臺灣地區組建“芯片四方聯盟”（Chip4），“以競爭之名，行遏制之實”的意圖基本坐實。
不過，也未必所有的事情都那么悲觀。
就在本月初，UCIe（通用芯粒高速互連）聯盟官宣：新增阿里巴巴和英偉達兩家董事會成員。截至目前，UCIe聯盟已經吸納了12家行業巨頭，值得一提的是，阿里巴巴是首個來自中國大陸的董事會成員。
UCIe的背景
幾十年來，半導體行業一直按照摩爾定律的規律發展著，芯片制造商憑借工藝技術的迭代，每18個月使芯片性能提升一倍。但隨著近年來先進工藝逐步演進到3nm、2nm，用提升晶體管密度來提高性能的做法遇到了瓶頸，摩爾定律開始放緩甚至停滯。業界開始思考將不同工藝的模塊化芯片，像拼接樂高積木一樣用封裝技術整合在一起，在提升性能的同時實現低成本和高良率，這就是Chiplet的思路。
為了定義封裝內芯粒（Chiplet）之間的互連，實現封裝層級的開放芯粒生態系統和普遍的互連標準，最初，英特爾基于開放的高級接口總線（AIB）工作基礎，開發了UCIe標準，并將其作為一個開放規范，捐贈給聯盟的創始成員。
UCIe聯盟正式成立于2022年3月，旨在構建芯粒（chiplet）技術在芯片上的互聯標準，初始董事會成員共有10位，包括英特爾、AMD、高通、臺積電、三星、Arm、微軟等。這些成員覆蓋芯片代工廠、IP供應商、芯片設計、云廠商等等，基本都是科技行業各自領域的頂級玩家，初始就具備了一個小型生態的閉環。
和常規的公司架構一樣，董事會是UCIe聯盟的最高管理層，可以決定聯盟的決策及領導作用。那么，阿里巴巴加入該聯盟董事會，意味著什么？當全球半導體產業陷入地緣政治所帶來的紛亂時，我們當然希望UCIe能推動開放合作，那么，它究竟能否成為全球半導體關系的“粘合劑”？進而再說一步，它能否成為改變半導體產業未來合作走向的關鍵一步？
Chiplet生態，開放是關鍵
未來的芯片很可能就是“你中有我，我中有你”的狀態，不同工藝的、不同供應商的芯粒被連接在一起，再封裝成一顆大的芯片，從而實現性能、成本的最佳化。在這一方案中，芯粒之間的高速通信非常重要，這也就有了上文提到的UCIe聯盟的成立背景。英特爾稱，與封裝外的SerDes相比，該規范以1/20的功耗提供了20倍的I/O性能。
對于Chiplet生態，充分的開放性非常重要。
要實現更大范圍的應用，需要混合來自多家芯片廠商或多個工藝節點的裸片，可能會涉及到多家各種功能芯片的設計、互連、接口，如何界定這些裸片的互聯協議和接口標準?
在UCIe聯盟建立之前，行業并沒有一個統一的規范，眾多的芯片廠商此前都在發展自己的互聯標準，如Marvell在推出模塊化芯片架構時采用的Kandou總線接口;英偉達用于GPU高速互聯的NVlink；英特爾的AIB高級接口總線協議;臺積電和Arm合作推出的LIPINCON協議；AMD也有Infinity Fabrie總線互聯技術，以及用于存儲芯片堆疊互聯的HBM接口等等……但是，沒有統一的規范，Chiplet生態很難壯大。
業界對Chiplet最早產生需求、或者說獲益最大的領域，始于HPC/數據中心，雖然現在還不到討論Chiplet“大規模普及”的時候，但是從半導體一直以來的規模效應來看，未來“應用數量”一定是Chiplet走向普及的必經之路。而“數量”往往來自于更多的產品應用，特別是主流消費產品，如果Chiplet方案從成本、功耗以及外形尺寸都能滿足需求的話，業界自然會轉向這一方案。
這也意味著，方案的多樣性、可選擇性就會成為必然趨勢，所涉及到內部芯粒的類型和數量可能會更多，一種通用的、可預測的互連方式就更加會成為必然。從以上這些層面來看，UCIe聯盟的“納新”也就容易理解了。
新增成員
為什么是英偉達和阿里巴巴？
英偉達和阿里巴巴的加入，使得UCIe增加了一個在GPU和AI領域的大型軟硬件方案供應商，以及一個從底層軟硬件到云服務、生態系統完善的大型云廠商。
圖源 | Nvidia
英偉達在今年春季GTC上推出了Grace CPU 超級芯片，就是采用了兩個 CPU 組成、通過NVLink-C2C互連的設計方案。
當時，筆者曾就英偉達對互連技術的路線、規劃，以及對UCIe的態度詢問了黃仁勛的看法。黃仁勛表示，他第一喜歡PCIe，英偉達非常依賴于PCIe，可以說沒有PCIe就沒有英偉達，未來還是會盡可能多地使用PCIe；第二喜歡UCIe，就像PCIe一樣，它更節能、速度更快，之后會逐漸體現出優勢，他預測，五年內這些好處會逐漸顯現。他同時也肯定了英偉達自己的NVlink互連技術，稱其優勢在于直連能力。而UCIe不能直接接入芯片，它仍然是一個外設接口。
這一解答已經表明了英偉達放眼整個生態的異構集成布局。
還有，為什么是阿里巴巴？這其實涉及到中國云廠商在Chiplet領域的能力和未來的進一步發展。
首批加入UCIe聯盟的云廠商，包括Google云、Meta、微軟，與上游的IP、芯片設計或晶圓制造廠商不同，他們擁有龐大的用戶群，可以將聯盟中獲得的進展提供給用戶，同時能夠得到用戶的反饋，從而得到反復的驗證和優化。
阿里巴巴的加入其實并不意外，放眼全球市場，阿里云都占有一席之地；其次，阿里重視自研芯片，較早就開始了數據中心芯片的定制工作，也是積極的Chiplet技術使用者；再次，阿里云從2017年開始投入建設的震旦異構計算開放平臺（HALO/ODLA），因其可裁剪可擴展的輕量級接口、極簡的內存足跡和內稟的異構并行支持，被認為適宜作為Chiplet加速系統的軟硬協同計算平臺；最后，阿里巴巴龐大的商業生態系統有很大影響力，包括芯片、云服務等領域的相關產業鏈生態。
UCIe是否利好國產半導體？
圖源 | 3DInCites
美國簽署芯片法案前后，國內A股Chiplet概念股連續大漲。
Chiplet有助于提高制造良率、降低設計難度和制造成本，在國際大背景和我國現有工藝水平的基礎上，被認為是一種可行的技術途徑：
首先，芯片的良品率方面，隨著芯片面積增大，良品率會下降，而通過Chiplet設計將大芯片分成更小的芯片可以有效改善良率，同時也能夠降低因為不良率而導致的成本增加；其次，在芯片設計階段，如果將大規模SoC按照不同功能模塊分解為一個個芯粒，那么部分芯粒可以做到類似模塊化的設計，而且可以在不同的芯片產品中復用，不僅可以降低芯片的設計難度和設計成本，同時也有利于后續產品的迭代，加速產品的上市周期。
華為原輪值董事長郭平就曾在2021年年報發布會上提及，在先進工藝不可獲得、單點技術遇到困難的情況下，華為在積極尋找系統的突破。華為常務董事汪濤后來也進一步明確，華為已經在2019年申請了基于芯片3D堆疊、3D封裝或稱之為chiplet技術方面的專利，來實現在制程相對可能不是那么領先的情況下做出領先的芯片或者系統。
阿里巴巴以董事會成員的身份加入UCIe，無疑提振了國產半導體的士氣。但事實上，在此之前，我國大陸地區已經有一批廠商加入了UCIe聯盟，比如：半導體IP供應商芯原、先進工藝定制芯片設計和一站式解決方案提供商芯云凌、Chiplet產品及服務提供商奇異摩爾、先進工藝IP企業芯耀輝、高性能通用CPU初創企業超摩科技等等，這些企業無一不是看好Chiplet生態、以及推進與國際大廠兼容且匹配國產定制需求的Chiplet方案的發展前景。
國產半導體該為UCIe歡呼嗎？
對于UCIe的出現和中國大陸廠商的加入，或許可以從以下幾方面來看待：
首先，UCIe確實代表了Chiplet更進一步的發展需求和成果，是產業邁向成熟的標志；其次，標準體系涉及到產業各環節間的協調，需要設計、制造和封測企業高度配合，我國大陸地區廠商在這方面的基礎還較為薄弱，仍需要繼續提升；第三，如何在巨頭林立的聯盟成員中，提升參與感，有可能是一些中小企業會面臨的挑戰；第四，我們當然希望這是行業玩家之間單純的開放合作，以及共同迎接挑戰的決心，但是，仍要做好抗沖擊的準備。
未來，不論是技術路線本身，還是產業外部大環境所致，還有太多的變量需要消耗。這些挑戰要么是前所未有的，要么是從未如此嚴峻地顯現出來。
在國內Chiplet相關企業紛紛涌入賽道的同時，互連接口、架構設計和制造及先進封裝等方面都有新興技術出現。Chiplet技術不但將改變傳統SoC的設計方式，其產業鏈的成型將更需要EDA、IC設計、制造工藝、先進封測等產業鏈環節更為緊密地凝聚，也可能帶來一場從底層開始的、顛覆式的創新革命。
作為延續摩爾定律的關鍵，Chiplet的發展為半導體產業帶來了新的發展契機，但轉向2.5D、3D也提高了芯片設計和制造的復雜度，需要更為完善、開放的產業生態為支撐。這一次，中國半導體需要更全面、根基更牢固的準備。
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