AI助力半導體走出底部週期 Chiplet產業化仍待時日

處於週期底部已久的半導體行業有望迎來曙光。

今年三季度以來，中國集成電路產業略有回暖，但由於需求較弱，特別是受消費類電子產品下降影響，形勢依然很嚴峻。

據中國半導體行業協會統計，2023年1-9月中國集成電路產業銷售額為8096.5億元，同比增長2.4%（上半年是0.5%）。其中，設計業同比增長6.5%（上半年是6.3%），銷售額3750.6億元；製造業同比增長1.1%（上半年是下降1.5%），銷售額為2389.1億元；封裝測試業同比下降3.2%（上半年是下降6.8%），銷售額1956.8億元。

但隨著AI技術變革帶來的巨大算力需求，以及Chiplet等先進封裝技術的出現，一些新的增長點也在悄然出現。

近日，中國半導體行業協會封測分會秘書長徐冬梅在2023中國臨港國際半導體大會高峰論壇上對21世紀經濟報導記者分析稱，目前半導體行業正處於週期底部且需求向上切換之際，隨後可能會出現強勁的複蘇。2024年全球半導體銷售額可能會增長11.8%，今年的基數比較低，明年會達到5759.97億美元，創曆史新高。屆時幾乎所有地區都有望持續增長，美洲和亞太地區或將呈現兩位數同比增長。

“具體來看，以數據中心及雲計算為基礎的數字社會建設，對高性能計算及大容量存儲形成強需求，算力時代的到來需要高密度封裝技術支撐。傳統燃油車向新能源車及智能汽車轉變，功率模塊封裝需求激增，以AI技術為核心的自動駕駛將帶動車載先進封裝需求。”徐冬梅說。

AI催生半導體走向“智算一體”

今年以來，生成式AI正在成為半導體行業新的業務增長點。

與此同時，從年初的ChatGPT大模型發佈開始，國內各大廠商紛紛跟進發佈各類大模型，但21世紀經濟報導記者梳理髮現，今年發佈的所有大模型參數基本都停留在千億級的量級，這背後原因為何？

對此，蘋芯科技產品市場總監王菁對記者分析稱，一方面，當前無論是單芯片所能夠提供的算力，還是算力集群所能提供的系統級別的算力集群支撐，都達到了峰值。

另一方面，支撐所有大模型，包括所有的算力基礎設施的建設和運營的相關成本也達到了天文數字。

“因此在一個新的智能化時代，行業對芯片提出了新的要求，即我們會更關注能效比的指標。在提供一定的計算量的基礎上，我們會追求更低的成本投入、時間投入，以及能耗投入，我們一直都在追求計算的高效率。存算一體就是順應這種潮流所開發出來的新技術。”

億鑄科技創始人、董事長兼CEO熊大鵬在論壇上也表達了類似的觀點，他表示，一方面，隨著當前人工智能模型越來越大，對算力要求也越來越大，另一方面，當前存儲牆的問題越來越嚴重。

在他看來，這會導致兩個問題，首先對於部署端來說，部署一個用戶體驗比較好的系統所需要的投資非常大。其次，在把這一系統建起來之後，運營的成本也非常高。

“我們做過一個初步的估算，如果是1億人同時在線，按照今天的價錢大概需要的投資是3000億-5000億美元，每一年僅僅是電費，不包括其他的費用，大概是將近100億美元，所以大模型當然給大家帶來各種以前不曾有過的新機會，包括一些非常好的體驗，但同時要把這個系統建起來，所需要的投資非常大。即使這個投資投上去了，將來我們要去維護這樣的系統，它的開銷也非常大。”熊大鵬說道。

在這一背景下，熊大鵬表示，“存算一體”——包括以存算一體為基礎的各種解決方案或者新的技術，應該是解決這個問題的終極方案之一。

台積電(中國)有限公司副總經理陳平則指出，無論是雲端，還是在端側應用，當前AIGC對工藝的要求都主要圍繞著算力和能效比兩點展開。從算力方面來看，要用大模型必須有大算力，大算力是支撐大模型的一個必要條件。“算力對於工藝來說意味著更高的集成度，在單位面積里集成更多的晶體管。”

第二個因素則是能效比。陳平表示，目前數據中心的主要成本就是電和冷卻。而如果器件端能夠降低20%-30%的功耗，那麼對整體成本的影響是巨大的。

先進封裝技術嶄露頭角

自去年開始，由於全球經濟前景不確定性導致需求下降，疊加芯片產能過剩，過高庫存需要消化，而進入2023年後，情況並未出現明顯好轉，終端市場產品需求下降，集成電路行業景氣度下滑，訂單不飽滿，產能利用率不足。

“當前封測行業市場競爭非常激烈，較多中小企業仍在持續虧本運營的狀態。但經曆了近兩年的下行週期，封測企業去庫存基本完成或接近尾聲，部分品類價格已經率先走出底部，逐漸進入觸底回升階段。”徐冬梅對記者說。

從中國市場來看，今年以來的GPT算力提升需求進一步推動著Chiplet技術發展，先進封裝技術也開始吸引越來越多市場參與者的目光。

從技術原理來看，傳統的SoC芯片是將具有不同功能單元的完整系統集成在單個芯片中，統一製造、統一封裝，形成高度集成系統，其信息傳遞效率更高、體積更小，缺點在於其設計開發的週期更長，技術要求更複雜，開發成本更高。

Chiplet技術是將芯片按照功能單元分解成多個小芯粒，每個芯粒選擇最適合的工藝製造，再通過先進封裝技術實現芯粒間高速互聯，形成系統級芯片，具有多種優勢。

市場空間方面，據Omdia數據預測，Chiplet市場規模到2024年將達到58億美元，2035年則將超過570億美元。

但在行業對Chiplet抱有極大期待的同時，相關爭論也開始出現，有觀點認為，是否現在把幾個芯片拚在一起就可以取代掉一個先進工藝？

在陳平看來，這一答案是否定的。“Chiplet雖然擴展了芯片，但改變不了芯片的品質，即能效比和算力密度，所以我們需要繼續提升。現在3納米已經進入了大規模量產，2納米看起來也已經呼之慾出了。再繼續往下，我們的工藝工程師還在努力。”

與此同時，徐冬梅也指出，當前我國先進封裝關鍵設備及材料尚未實現自主創新：先進封裝測試技術所需的關鍵封裝、測試用設備和材料主要依賴進口，因此我國封裝領域總體仍以傳統的中低端封裝為主，總體先進封裝技術水平與國際先進水平還有一定差距，未來需要政府、高校協同發力，合力打造良好的產業發展生態，推動產業高端突破。

（作者：張梓桐 編輯：陶力）