華為、蘋果等巨頭入場佈局 半導體新主線浮現？浙商證券：Chiplet帶來發展新機遇

浙商證券近日表示，Chiplet（芯粒）模式是在摩爾定律趨緩下的半導體工藝發展方向之一。該方案通過將多個裸芯片進行先進封裝實現對先進製程迭代的彎道超車。與傳統的SoC方案相比，Chiplet模式具有設計靈活性、成本低、上市周期短三方面優勢。近年國際廠商積極推出相關產品，如華為鯤鵬920，AMD的Milan-X及蘋果M1 Ultra等。預計Chiplet也有望為封測/IP廠商提出更高要求，帶來發展新機遇。

投資要點

■Chiplet：延續摩爾定律—先進製程替代之路！

隨着先進製程迭代到7nm、5nm、3nm，摩爾定律逐漸趨緩，先進製程的開發成本及難度提升。后摩爾時代的SoC架構存在靈活性低、成本高、上市周期長等缺陷，Chiplet方案明顯改善了SoC存在的問題。Chiplet方案是目前先進製程的重要替代解決方案，通過Chiplet方案中國大陸或將可以彌補目前芯片製造方面先進製程技術落后的缺陷，為國內半導體產業鏈帶來新機遇。

■巨頭佈局：華為/AMD/Apple—產品案例視角！

國際巨頭華為、AMD、英特爾積極積極佈局Chiplet並推出相關產品。華為於2019年推出了基於Chiplet技術的7nm鯤鵬920處理器，典型主頻下SPECint Benchmark評分超過930，超出業界標杆25％。AMD今年3月推出了基於臺積電3D Chiplet封裝技術的第三代服務器處理芯片。蘋果推出採用臺積電CoWos-S橋接工藝的M1 Ultra芯片，兩枚 M1 Max 晶粒的內部互連，實現性能飛躍。

■產業革新：先進封裝+IP複用—供應鏈之關鍵！

國際廠商Intel、TSMC、Samsung等多家公司均創建了自己的Chiplet生態系統，積極搶佔Chiplet先進封裝市場。長電科技於6月加入UCIe產業聯盟，去年年推出了XDFOI™全系列極高密度扇出型封裝解決方案。通富微電與AMD密切合作，現已具備Chiplet先進封裝技術大規模生產能力。Chiplet模式下IP重複利用有助於IP供應商實現向Chiplet供應商轉變，向硬件進軍。

■潛在受益公司

先進封測：通富微電、長電科技等；

設計IP公司：芯原股份等；

封測設備：華峰測控、長川科技、新益昌、和林微納等；

封裝載板：興森科技等。

■風險提示

先進封裝進展不及預期；科技領域制裁加劇。

1.Chiplet：延續摩爾定律—先進製程替代之路！

1.1.Chiplet助力先進製程彎道超車

Chiplet（芯粒）模式是在摩爾定律趨緩下的半導體工藝發展方向之一。近幾十年來，芯片製造工藝基本按摩爾定律發展，單位面積芯片可容納晶體管數目大約每18個月增加一倍，芯片性能與成本均得到改善。但隨着工藝迭代至7nm、5nm、3nm及以下，先進製程的研發成本及難度提升，開發先進製程的經濟效益逐漸受到質疑。后摩爾定律時代的主流晶片架構SoC （系統單晶片）推動摩爾定律繼續向前發展，將多個負責不同運算任務的元件集成於單一晶片上，用單個晶片實現完整功能，各功能區採用相同製程工藝。Chiplet模式或存在彎道超車機會，該模式將芯片的不同功能分區製作成裸芯片，再通過先進封裝的形式以類似搭積木的方式實現組合，通過使用基於異構集成的高級封裝技術，使得芯片可以繞過先進製程工藝，通過算力拓展來提高性能同時減少成本、縮短生產周期。總的來説，Chiplet是一種將多種芯片（如I/O、存儲器和IP核）在一個封裝內組裝起來的高性能、成本低、產品上市快的解決方案。

Chiplet方案對封裝工藝提出了更高的要求。Chiplet與SiP相似，都是進行不同元件間的整合與封裝，而Chiplet的各裸芯片之間是彼此獨立的，整合層次更高，不集成於單一晶圓片上，Chiplet目前封裝方案主要包括2.5D封裝、3D封裝、MCM封裝等類型。Chiplet的封裝方案要實現各裸芯片之間的互聯，同時也要保障各部分之間的信號傳輸質量。

國際巨頭成立UCIe產業聯盟促進互聯協議標準。Chiplet模式需要實現各家芯片的互聯，如何界定互聯標準是重要問題。2020年英特爾在加入美國 CHIPS 聯盟后，曾免費提供 AIB 互連總線接口許可以支持 Chiplet 生態系統建設，但其他廠商由於顧慮該接口許可需要使用英特爾自家的先進封裝技術EMIB，所以最后該標準沒有普及使用。英特爾、AMD、Arm、高通、三星、臺積電、日月光、Google Cloud、Meta、微軟等大廠於2022年3月UCIe產業聯盟，旨在建立統一的die-to-die互聯標準，這促進了Chiplet模式的應用發展。經梳理我們認為，國際巨頭成立的UCIe聯盟將對Chiplet互聯標準統一起到重要推動作用，Chiplet方案發展將加快。

1.2. 靈活性+低成本催生Chiplet需求

與傳統的SoC方案相比，Chiplet模式具有設計靈活性、成本低、上市周期短三方面優勢，使得該方案成為半導體工藝重要發展方向。

Chiplet模式可以自由選擇不同分區的工藝節點。傳統的SoC芯片在製造上必須選擇相同的工藝節點，然而不同的芯片的工藝需求不同。如邏輯芯片、模擬芯片、射頻芯片、存儲器等往往成熟製程節點是不同的，模擬芯片如果採用高級製程可能會導致漏電、噪聲等問題，SoC芯片統一採用相同的製程則會造成一定的麻煩。而Chiplet模式則可以自由選擇不同裸芯片的工藝，然后通過先進封裝來進行組裝，相比SoC則更具靈活性，優勢明顯。

Chiplet模式有利於提高良率，降低製造降低成本。傳統SoC架構會增大單芯片面積，這會增大芯片製造過程中的難度，由缺陷密度帶來的良率損失會增加，從而導致SoC芯片的製造成本提升。而Chiplet方案將大芯片分為多個裸芯片，單位面積較小，相對而言良率會有所提升，從而降低其製造成本。

Chiplet模式可以實現產品重複使用，縮短產品上市周期。由於SoC方案採用統一的工藝製程，導致SoC芯片上的各部分要同步進行迭代，這使得SoC芯片的迭代進程放緩。Chiplet模式可以對芯片的不同單元進行選擇性迭代，迭代部分裸芯片后便可製作出下一代產品，大幅縮短產品上市周期。

Chiplet模式目前還暫時存在對先進封裝技術要求高、散熱能力差等問題。實現各裸芯片之間的開孔、電鍍需要精密的操作；要保證各裸芯片之間的數據實現高速、高質量傳輸；相對先進製程Chiplet模式散熱能力較差，這些增加都給製造芯片提出了新的技術難題。

2. 巨頭佈局：華為/AMD/Apple—產品案例視角！

2.1. 華為：首推7nm Chiplet雲服務器方案

華為推出基於Chiplet技術的7nm鯤鵬920處理器。華為推出的鯤鵬920是業界領先的ARM-based處理器，根據公司官網消息該處理器採用7nm製造工藝，基於ARM架構授權，由華為公司自主設計完成，通過優化分支預測算法、提升運算單元數量、改進內存子系統架構等一系列微架構設計，大幅提高處理器性能。典型主頻下， SPECint Benchmark評分超過930，超出業界標杆25％。同時，能效比優於業界標杆30％。鯤鵬920以更低功耗為數據中心提供更強性能。該處理器創建了相干緩存子系統以將多核集成到單個小芯片中，同時開發了專用並行小型IO塊，以實現二維封裝解決方案的高帶寬芯片間連接。

2.2. AMD：聯手臺積電推出3D Chiplet方案

AMD聯手臺積電推出3D Chiplet產品。AMD於2021年6月發佈了基於3D Chiplet技術的3D V-Cache，該技術使用的是臺積電的3D Fabric先進封裝技術，將包含64MB L3 Cache的Chiplet以3D堆疊的形式與處理器進行了封裝。2022年3月AMD推出了Milan-X 霄龍處理器，該處理器是基於Milan的第三代處理器 EPYC 7003 的升級版本，通過使用AMD的3D V-Cache堆疊技術實現了768 MB的L3緩存。Milan-X 是一個包含9個小芯片的MCM，其中包括8個CCD 裸片和1個大型I/O裸片。

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2.3. 蘋果：雙M1 Max互連締造高性能方案

蘋果推出採用臺積電CoWos-S橋接工藝的M1 Ultra芯片，實現性能飛躍。蘋果2022年3月發佈的M1 Ultra芯片採用了獨特的 UltraFusion 芯片架構，藉助臺積電的CoWos-S技術，通過兩枚 M1 Max 晶粒的內部互連，實現了性能的飛躍。M1 Ultra在新架構下，晶體管數量達到了M1的7倍多，同時兩顆 Max 之間的互連頻寬可達 2.5TB/s。M1 Ultra內部集成內存128GB，包含8個16層堆疊的HBM（高帶寬內存）堆棧的內存部件，核心傳輸速率達3200M，實際傳輸帶寬超過800GB/s。這款產品實現了 Apple 芯片與 Mac 系列電腦的又一次重大飛躍，具有里程碑意義。

3. 產業革新：先進封裝+IP複用—供應鏈之關鍵！

3.1. 先進封裝提升設計彈性

Chiplet目前封裝方案主要包括2.5D封裝、3D封裝、MCM封裝等類型。2.5D 封裝將多個芯片並列排在中介層（Interposer）上，經由微凸塊（Micro Bump）連結，讓內部金屬線連接芯片間的電子訊號，再通過矽穿孔（TSV）來連結下方的金屬凸塊（Solder Bump），再通過導線載板連結外部金屬球，實現各部件之間緊密的連接。，3D封裝則直接將各芯片進行堆疊，在芯片製作電晶體（CMOS）結構，並直接使用矽穿孔來連結芯片間的電子訊號。MCM技術是將多個LSI/VLSI/ASIC裸芯片和其它元器件組裝在同一塊多層互連基板上，然后進行封裝。

國際廠商積極佈局Chiplet封裝。目前Intel、TSMC、Samsung等多家公司均創建了自己的Chiplet生態系統，積極搶佔Chiplet先進封裝市場。

Intel推出3D堆疊異構系統集成技術Foveros與嵌入式多芯片互聯橋接技術EMIB。該封裝技術採用 3D 堆棧來實現邏輯對邏輯的集成，為設計人員提供了極大的靈活性，從而在新設備外形要素中混搭使用技術 IP 塊與各種內存和輸入/輸出元素。產品可以分成更小的小芯片 （Chiplet） 或塊 （tile），其中 I/O、SRAM 和電源傳輸電路在基礎芯片中製造，高性能邏輯小芯片或塊堆疊在頂部。EMIB技術將有機基板和硅基板相結合，在有機基板上埋嵌硅基板實現高密度互連，通過這樣的架構保持互連密度和性能，此外還可以減少製造成本。

TSMC推出的3D Fabric，搭載了3D Silicon Stacking和CoWoS、InFO等先進封裝技術。臺積電的3DFabric系列技術包括2D和3D前端和后端互連技術，前端技術TSMC-SoIC使用3D硅堆疊所需的尖端硅晶圓廠的精度和方法，包括晶圓芯片（CoW）和晶圓對晶圓（WoW）芯片堆棧技術，允許相似和不同芯片的3D堆棧提供多種功能，包括通過增加運算核心數量來提高運算能力、堆棧式內存可提供更多內存和更高的帶寬、通過深溝式電容改善功率傳輸。臺積電還擁有多個專屬的后端晶圓廠，這些晶圓廠可以組裝和測試包括3D堆棧芯片在內的硅芯片，並將其加工成封裝后的裝置。台積公司3D Fabric的后端工藝包括CoWoS和InFO系列的封裝技術。

國內企業通富微電、長電科技積極佈局Chiplet封裝技術。長電科技於6月加入UCIe產業聯盟參與推動Chiplet接口規範標準化，根據投資者問答，公司去年推出了XDFOI™全系列極高密度扇出型封裝解決方案，該技術是一種面向Chiplet的極高密度，多扇出型封裝高密度異構集成解決方案，包括2D/2.5D/3D Chiplet，能夠為客户提供從常規密度到極高密度，從極小尺寸到極大尺寸的一站式服務。通富微電與AMD密切合作，是AMD的重要封測代工廠，在Chiplet、WLP、SiP、Fanout、2.5D、3D堆疊等方面均有佈局和儲備，現已具備Chiplet先進封裝技術大規模生產能力。

Chiplet封裝推動對芯片測試機的需求增長。根據公司調研，相比SoC封裝，Chiplet架構芯片的製作需要多個裸芯片，單個裸芯片的失效則會導致整個芯片的失效，這要求封測公司進行更多數量的測試以減少失效芯片帶來的損失。目前華峰測控、長川科技均在測試機方面有所佈局，有望受益Chiplet封裝帶來的測試機需求增長。

3.2. IP複用提高設計經濟性

Chiplet的發展有利於實現「IP芯片化」。Chiplet由不同功能的裸芯片所構成，與此同時Chiplet的裸芯片實際上是半導體IP經過設計和製程優化后生產出的硬件化產品，一定意義上Chiplet芯片也可以看作是由不同的IP所構成。IP廠商有可能實現從IP供應商到Chiplet產品供應商的轉變，從而提升公司在產業鏈中的附加價值。在Chiplet模式下，設計公司可以買不同公司的硬件然后通過先進封裝進行組合，在此模式下IP公司有望實現向硬件提供商的轉變。

芯原股份作為國內最大的半導體IP供應商有望受益Chiplet發展。公司是大陸排名第一、全球排名前七的半導體IP供應商，是大陸首批加入UCIe聯盟的企業之一，擁有豐富的處理器IP核，以及領先的芯片設計能力。目前公司致力於通過「IP芯片化」和「芯片平臺化」來實現Chiplet產業化，與全球主流封測廠、芯片製造廠商都建立了合作關係，在推出Chiplet業務方面具有優勢。公司計劃於2022至2023年，繼續推進高端應用處理器平臺Chiplet方案的迭代研發工作，推進Chiplet在平板電腦、自動駕駛、數據中心等領域的產業化落地進程，芯原有可能是全球第一批面向客户推出Chiplet商用產品的企業。

4. 受益標的：聚焦封裝/設備/IP環節與供應鏈變革！

先進封裝：國內目前在先進製程技術上與國際廠商存在明顯差距，Chiplet方案為國內芯片製造業提供了彎道超車機會。國內芯片廠商可以通過採用Chiplet方案來彌補國內先進製程產業鏈落后的劣勢，通過先進封裝來提升芯片性能。國內先進封裝領域公司有望受益Chiplet方案的發展，受益公司包括通富微電、長電科技等。

IP公司：Chiplet方案降低了芯片設計的成本與門檻，IP複用提高了設計的靈活性。后續IP公司有望實現從IP供應商向Chiplet供應商的身份轉變，增加在產業鏈中提供的價值，受益公司包括芯原股份等。

封測設備：Chiplet方案的落地的關鍵便在於先進封裝技術的實現，這對封裝設備提高了要求及需求。如Chiplet方案設計大量裸芯片，封測過程需要對大量芯片進行測試以保證最后芯片成品良率。國內封測設備公司有望受益，受益公司包括華峰測控、長川科技、新益昌、和林微納等。

封裝載板：Chiplet方案會採用2.5D封裝、3D封裝、MCM封裝等形式對芯片進行先進封裝，這種封裝方式會增加ABF、PCB載板層數，具體層數與技術指標要求取決於芯片的設計方案。國內ABF、PCB載板廠商有望受益Chiplet方案的發展，受益公司包括興森科技等。