芯片大年夜势分久必合、合久必分_芯片_半导体

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三国演义第一回就开宗明义地解释：「话说天下大势，分久必合，合久必分。
」这句话用来形容芯片也是非常的贴切。

芯片早期是单一的功能芯片，演进到多功能的多晶粒封装(multi-chip module；MCM)，到系统单芯片(system on a chip；SoC)、系统级封装(system in a package；SiP)，以至于到最近俗称的小芯片(chiplet)。
这些分分合合一起走来，与半导系统编制程及封装测试技能，乃至于系统真个运用都有着密不可分的关系。

最早期的系统运用，都是将各式不同功能的IC，以印刷电路板的办法整合在一起。
但随这系统端所需操作的频率愈来愈高，以及缩小尺寸的哀求，将几颗核心的IC整合在同一个封装内，以缩短彼此间的传输间隔，成为一个趋势，多颗晶粒的封装技能(MCM)应运而生。
此外SiP、异构整合，乃至于3DIC，都是更为前辈的封装办法，技能上包括了芯片的堆叠。
总之若芯片设计或晶圆制程上，无法知足系统真个需求，就会寻求在封装上供应办理的方案。
以是芯片设计、晶圆制作以及封测是三足鼎立，而彼此间随着韶光及技能演进互有消长。

裸晶良品(known good die；KGD)在多晶片的封装上是个很大的寻衅，常日一颗芯片都得经由封装后，才能做完全的测试再出货。
但是在多颗裸晶共同封装在一个模块上，若无法确定每一个裸晶都是良品的话，势必会造成良率上的重大丢失。
为了确保每颗裸晶都是良品，业者大力开拓了晶圆上的测试技能(chip probe)，这包括了繁芜的探针卡(probe card)，以及测试设备，而这些产品也形成了整体家当链的主要环节。

随着晶圆制程技能愈来愈成熟与进步，晶圆厂已经可以在同一套制程中，供应不同事情电压或崩溃电压的电晶体。
同时扮演主要角色的嵌入式影象体，如快闪影象体(Flash)、EEPROM、OTM(one time memory)，也都能逐一实现在同一片晶圆中。
至此结合了逻辑运算、仿照电路、影象体，乃至于高压电源管理，系统单芯片的架构终于整合且可详细实现。

苹果的M1芯片可以说是目前系统单芯片的极致，整合了Arm架构的CPU、GPU、AI神经网路的加速引擎，以及贯串衔接这些单元的fabric汇流排介面。
比起x86的架构，M1芯片具备了高效能、低功耗及高集成度的上风，M1 Max一颗晶片内含了570亿个电晶体，是目前个人电脑芯片的俊彦。

系统单芯片的另一个极致便是NVIDIA的GPU，NVIDIA最新一代的Hopper GPU，内涵800亿个电晶体，1.5万个核心，利用台积4纳米的制程，而每一颗晶片的长宽边长将近3公分。
这颗巨无霸的芯片，直接寻衅的便是晶圆厂的良率，以及后续的封装测试，而每一片12吋晶圆能有效利用的面积也会受到影响。
假设系统上对付高效能运算(HPC)芯片的需求持续增加，在单一芯片的面积无法再增加的情形下，就得开始做适度的切割，这也是小芯片被提出的缘故原由。

值得一提的是，NVIDIA GPU的命名一贯利用著名科学家的姓氏，如之前的安培、伏特、巴斯卡等。
这次的Hopper是美国著名的女性电脑专家，官拜海军少将，而她的名字Grace也被命名为NVIDIA第一颗即将商品化的CPU。

小芯片的提出，除了舒缓芯片面积持续增加的寻衅外，其余也可将单晶片内不同功能的区块加以分割，以不同的制程条件来实现。
比如说芯片的核心以5纳米来实现，而其I/O或主管掌握汇流部分，就可以用较成熟的制程来实现，以进一步优化本钱。
因此在多个小芯片间的传输通讯协议就很主要，这也是小芯片同盟所提出的介面标准UCIe(Universal chiplet interconnect express)。
事实上这便是异构整合的详细实现，换言之也便是SoC的进阶版system on integrated chips(SoIC)。

在这一股芯片分合的大势下，有家新创的芯片设计公司却反其道而行，将全体12吋晶圆制作成单一高速运算的芯片，芯片的边长超过20公分，内含了1.2兆个电晶体。
其所持的情由是，未来晶片在传输一个位元所丢失的能量，会大于去运算一个位元所需的能量，而这种设计并可以增加操作的频率。
此种做法是否会引领风潮，且拭目以待。

十多年前喧腾一时，但却胎去世腹中的18吋晶圆操持，最近又被有心人士提出，以搪塞愈来愈弘大的单一芯片。
看来半导体的研发职员，一贯在寻衅问题以及提出办理问题的方案，也就不断地在分分合合的道路上迈步向前。