為驅動人工智能，芯片製造商像搭樂高積木一樣堆疊“小芯片”——《華爾街日報》

人工智能熱潮正推動芯片製造商加速開發將芯片像高科技樂高積木一樣堆疊的設計。

行業高管們表示，“小芯片"是設計更強大芯片的更簡便方式，他們稱這項技術是60多年前集成電路問世以來最重要的進步之一。

“半導體未來的重要方向在於封裝和小芯片技術，“IBM研究主管達里奧·吉爾在接受採訪時表示，“這比從零開始設計一個巨型芯片要強大得多。”

包括AMD、英特爾、微軟、高通、三星電子和台積電在內的科技巨頭去年成立聯盟，共同制定小芯片設計標準。英偉達——這家乘着AI浪潮成為全球首家萬億美元芯片公司的企業——隨後也加入其中。IBM和一些中國企業也是該聯盟成員。

蘋果公司去年推出並於6月更新的高端Mac Studio電腦，是首批採用某種形式小芯片技術連接兩個計算處理器的消費產品之一。這些芯片由台積電製造。最近幾個月，英特爾和英偉達各自發布了基於小芯片的定製產品。

智能手機等典型消費設備包含多種功能芯片，如數據處理、圖形處理、內存、通信和電源控制等。這些芯片通過精密導線連接，封裝在保護性塑料外殼中，形成可固定在電路板上的模塊。

通過新型小芯片封裝技術，工程師們找到了將現有芯片組合在一起的方法，這就像用幾塊樂高積木拼裝出一輛玩具車。

全球最大芯片代工商台積電表示，預計2025年其先進封裝生產面積將達到2021年的兩倍。圖片來源：台灣積體電路製造公司中國小芯片初創企業M Square高管王曉陽將芯片設計者比作食譜創作者，而小芯片則是預製食材。他在公司新聞稿中表示，芯片設計公司可以隨意組合所需食材，“就像簡單烹飪後就能立即上菜”。

這一概念對急於設計專用於AI計算芯片的人工智能公司尤其具有吸引力。

英偉達表示，其小芯片技術使得圖形處理器等現有產品可與具有特殊需求的公司設計的定製芯片相連接。

隨着在微小空間內集成更多晶體管變得越來越困難，英偉達在去年向美國商務部提交的報告中指出，芯片堆疊技術"將成為以成本和功耗高效方式持續提升芯片性能的主要手段”。全球最大芯片代工廠台積電擁有供客户設計基於小芯片產品的自有平台。這家為蘋果等公司供貨的企業表示，預計2025年其先進封裝生產面積將比2021年擴大一倍。

英偉達的Grace Hopper GH200超級芯片採用了一種小芯片技術形式，實現芯片間的互聯。圖片來源：英偉達各公司仍在努力降低小芯片的生產成本，並研究如何最有效地將它們拼接在一起。此外，小芯片需要不同的流程來驗證性能，而且並非適用於所有功能。業內人士表示，小芯片設計非常適合售價4000美元及以上的高端蘋果台式機等產品，而不是當前大眾市場智能手機中的主芯片。

儘管如此，由於設計和製造最先進類型芯片的成本飆升，在可能的情況下，使用小芯片技術將幾個不太先進的芯片組合起來以提高性能是有意義的。

“先進封裝成本更高……但隨着新硅片變得越來越昂貴，先進封裝看起來更具吸引力，”半導體分析公司Real World Insights的創始人David Kanter表示。

與當今芯片製造的多數領域一樣，先進封裝也是中美競爭的議題。美國《芯片與科學法案》去年批准了25億美元用於先進封裝項目，而北京方面則提供税收減免和激勵措施。

蘋果的M1 Ultra芯片由台積電製造並於去年推出，採用了一種小芯片技術形式連接兩個計算處理器。照片：Gabby Jones/彭博新聞總部位於美國的半導體行業協會2021年估計中國佔據了全球芯片封裝測試產能的38%。單獨統計的台灣地區仍主導高端封裝領域，但為蘋果供貨的中國主要企業長電科技表示，其能基於小芯片技術處理大批量先進芯片封裝。  

中國的角色對美國構成雙重潛在風險。儘管許多美國企業樂於與中國工廠合作完成這些專業芯片製造環節，但地緣政治危機或新疫情可能擾亂供應鏈。

此外，隨着美國日益阻撓中國獲取最先進芯片製造設備，中國在封裝領域的優勢可能成為規避制裁的途徑。

據熟悉中國半導體發展的人士透露，部分中國工程師正測試小芯片系統以實現單顆先進半導體性能。中國於3月發佈了小芯片新國標，中國小芯片聯盟稱此舉將助力國內外知識產權持有者共建小芯片技術生態。

中國國際金融股份有限公司在3月的報告中指出：“從中國的角度來看，小芯片可能成為突破瓶頸的關鍵解決方案。”

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本文發表於2023年7月11日印刷版，標題為《樂高式’小芯片’堆疊技術推動人工智能加速發展》。