在過去幾年，美國的制裁已經使中國半導體產業陷入困境。盡管中國公司仍能制造出適用於當今需求的芯片，但由於被禁止進口某些芯片制造技術，這幾乎使中國很難生產更先進的產品。
然而，有一個變通辦法。一種相對較新的技術，被稱為Chiplets（芯片元件）的技術如今為中國提供了一種繞過這些出口禁令、建立一定程度自力更生，並與其他國家（特別是美國）保持同步的方法。
在過去的一年裏，中國政府和風險投資家都專註於支持國內芯片元件產業。學術研究人員激勵去解決芯片元件制造中的前沿問題，而像北極熊科技（Polar Bear Tech）這樣的芯片元件初創企業已經生產出了他們相關的產品。
與傳統芯片技術不同，Chiplets技術是將所有元件整合在一塊矽片上，采取模組化的方法，將每個具有專門功能的芯片元件，如數據處理或儲存整合成為一個系統。由於每個芯片元件都更小且更專業化，因此它們的制造成本更低，發生故障的可能性也更小。同時，系統中的單個芯片元件可以被更新、更好的版本替換以提高效能，而其他功能元件保持不變。
由於芯片元件在摩爾定律後時代仍然具備增長的潛力，MIT Technology Review 將其評為 2024 年的 10 大突破技術之一。像 AMD、Intel 和 Apple 這樣在芯片領域具有強大能力的公司也已在他們的產品中使用了這項技術。
對於這些公司來說，Chiplets是半導體產業能繼續增加芯片計算能力的幾種方式之一，盡管它們有物理方面的限制。但對中國芯片公司來說，它們可以減少國內開發更強大芯片所需的時間和成本，並能提供不斷增長的、至關重要的技術領域——如人工智能（AI）。為了將這種潛力變為現實，這些公司需要投資於連線芯片元件成為一個器材的芯片封裝技術。
「開發利用芯片元件設計所需的先進封裝技術無疑是中國的待辦事項之一，」半導體情報公司 TechInsights 的流程分析師 Cameron McKnight-MacNeil 這樣說。「眾所周知，中國擁有一些芯片元件部署的基礎技術。」
通往高效能芯片的捷徑
美國政府已經使用出口黑名單限制中國的半導體產業發展好幾年了。其中一項制裁於 2022 年 10 月實施，其目的是禁止向中國銷售可用於構建 14 納米代芯片（一種相對先進但非前沿級別）以及更先進芯片的技術。
多年來，中國政府一直在尋找克服芯片制造瓶頸的方法，但像光刻這樣的領域——使用光將設計圖案轉移到矽基材料上的過程——可能需要幾十年才能取得突破。今天，與中國台灣、荷蘭等地的公司相比，中國內地的企業在芯片制造能力上仍然落後。「盡管我們現在看到國內有半導體制造國際公司生產了7納米芯片，外界仍懷疑生產成本高昂且產量低，」McKnight-MacNeil 這樣表示。
然而，Chiplets確實能成為一種繞過限制的方法。透過將芯片的功能分離成多個芯片元件模組，它降低了制造每個單獨部份的難度。如果中國無法購買或制造一個強大的單片芯片，它可以連線那些我們有能力制造但並不那麽先進的芯片元件。這些芯片放在一起，其計算能力也基本能達到美國禁止向中國出口的芯片能效能。
但這種芯片制造方法對半導體產業的另一個領域提出了更大的挑戰：封裝。這是一個將芯片的多個元件組裝起來並測試成品器材效能的過程。確保多個芯片元件能夠一起工作，需要比傳統單片芯片更復雜的封裝技術，這種技術被稱為先進封裝。
但這對中國來說是一個更容易的任務。如今，中國公司已經負責全球 38% 的芯片封裝。在中國台灣地區以及新加坡的公司仍然控制著更先進的技術，但在這方面內地企業迎頭趕上要容易得多。
「封裝不那麽標準化，有點不那麽自動化。它更多地依賴於熟練技術人員。」哥倫比亞大學研究電信和芯片設計的教授 Harish Krishnaswamy 說。由於國內的勞動力成本仍然低於西方各國，「我不認為這項技術中國需要幾十年才能迎頭趕上，」他說。
資金正流向Chiplets產業
像半導體產業的其他任何環節一樣，開發芯片元件需要資金。但在迅速發展國內芯片產業的緊迫條件下，中國政府和其他投資者已經將資金投向Chiplets研究以及相關初創企業。
2023 年 7 月，中國國家自然科學基金會，國家基礎研究的頂級基金宣布，其計劃資助 17 到 30 個涉及設計、制造、封裝等方面的芯片元件研究專案。該組織表示，計劃在未來四年內發放 400 萬到 650 萬美元的研究資金，目標是將芯片效能提高「一到兩個數量級」。
這筆資金更多地集中在學術研究上，但一些地方政府也準備投資於芯片元件的工業機會。在無錫，中國東部的一個中等城市，將自己定位於Chiplets生產的中心——一個「Chiplets谷」。去年，無錫市政府官員提議設立一個 1400 萬美元的基金，將Chiplets公司引入該市，並已成功吸引了眾多企業。
與此同時，一批定位於Chiplets領域的初創企業已經獲得了風險投資的支持。
北極熊科技，一家正在開發通用和專業芯片元件的中國初創企業，在 2023 年獲得了超過 1400 萬美元的投資。它在 2023 年 2 月釋出了其首個基於芯片元件的人工智能芯片，「啟明 930」。其他幾家初創企業，如 Chiplego、Calculet 和 Kiwimoore，也獲得了數百萬美元的投資，用於制造汽車或多模態人工智能模型的專業芯片元件。
挑戰依舊存在
選擇Chiplets方法有所權衡。雖然它通常降低成本並提高可客製性，但芯片中有多個元件意味著需要更多的連線。如果其中一個出現問題，整個芯片都可能失敗，因此模組間的高度相容性至關重要。連線或堆疊幾個芯片元件還意味著系統會消耗更多的電力，並會產生更多的熱量，熱量是芯片的天敵。
為了避免這些問題，不同公司設計的芯片元件必須遵循相同的協定和技術標準。2022 年，全球主要公司聯合提出了一種開放標準，稱為通用芯片元件互連快線（UCIe）。
但所有參與者都希望為自己爭取更多影響力，因此中國企業提出了自己的芯片元件標準。事實上，中國不同的研究聯盟在 2023 年至少提出了兩種標準作為 UCIe 的替代，而第三種標準在 2024 年 1 月推出，專註於數據傳輸而非物理連線。
如果沒有一個被行業內所有人認可的通用標準，Chiplets就無法實作技術所承諾的客製化水平。它們的缺點會致使全球各地的芯片套用企業采用傳統的單片芯片方案。
對於中國來說，采用Chiplets技術還不足以解決其他問題，如獲得或制造光刻機。
將幾個不那麽先進的芯片組合在一起可能會提升中國芯片的使用效能，並代替它無法獲得的先進芯片當前的困境，但它終究不能超越先進芯片的效能。隨著美國政府不斷更新和擴大其半導體制裁，Chiplets技術也可能遇到瓶頸。
2023 年 10 月，當美國商務部修訂了其早期對中國半導體產業的制裁時，它包括了一些新的措辭和對Chiplets技術的幾次提及。修訂增加了新的參數，其中一些新增內容似乎是為了衡量Chiplets的先行程度。
雖然全球的芯片工廠不受限於為中國生產非先進制程的芯片，但美商務部的檔還是要求它們評估這些產品是否可能成為更強大整合芯片的一部份，這給它們帶來了更多壓力，以驗證它們的產品不會最終成為它們本來會被禁止出口給中國的元件。
盡管存在實際和各種障礙，無論投資意願多麽強烈，Chiplets的發展仍將需要時間。這可能是中國半導體產業制造更強芯片的捷徑，但它不會是解決技術戰的魔法解決方案。
