北极雄芯渐入“Chiplet产品化元年”,打造自主可控供应链

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(文/姜羽桐)假设一个理想的场景:半导体从业者身处名为“芯粒库”的大型工厂,将CPU芯粒、I/O芯粒、GPU芯粒、AI加速芯粒等逐一选入购物车,以统一接口组成性能更为强大、功能组合丰富度更高的SOC芯片。以上作为Chiplet(芯粒)商业化落地的一道侧影,具有无限可能,吸引众多有志者为达成这一目标而投身其中。

2021年7月,北极雄芯在西安成立。其创始于清华大学交叉信息研究院,孵化于西安交叉信息核心技术研究,致力成为“基于芯粒的专用计算领航者”,希望通过Chiplet架构将下游各场景芯片需求中的通用部分和专用部分解耦,分别设计制造小芯粒并集成,为客户提供低成本、短周期、高灵活性地定制算力解决方案。

“过去两年公司陆续完成了Chiplet异构集成的全流程工艺验证以及芯粒互联接口的开发,2024年将是北极雄芯‘Chiplet产品化元年’,公司将在国内率先推出多个功能型芯粒。并且将同步在智能驾驶、AI推理加速等领域推出基于不同芯粒组合模式的系列化产品。”北极雄芯联合创始人、副总裁徐涛在接受集微网访谈时给出了明确答案。这意味着,Chiplet赛道上终于有企业一口气跑通架构、接口、材料在内的诸多环节,在艰难的实践中将蕴藏着巨大可能的设想率先落地。

Chiplet生态迎来强有力的驱动者、建设者。

摩尔定律走向瓶颈,三年构建芯粒版图

按照摩尔定律的指引,半导体的世界应该是——大约每隔18~24个月,集成电路上的晶体管数量翻倍,而芯片尺寸和成本保持不变;且在时间的推移下,芯片处理能力以指数级增长,而成本和体积则不断减少。但2015年以来,集成电路先进制程发展放缓,芯片制造工艺逐渐接近物理极限,性能提升越发艰难。

“摩尔定律面临严峻挑战,在晶体管集成密度逼近物理极限的前提下,只能通过增大面积提升芯片计算性能。但受制于光刻机标准曝光尺寸的限制以及生产良率的考虑,单芯片面积也基本到了上限。Chiplet架构支持将多个芯片通过先进封装拼接来提升性能,已经成为行业共识。”徐涛表示,Intel、AMD、英伟达等国际巨头近年来陆续推出的CPU、GPU等云端高性能通用计算芯片中均采用了Chiplet架构。但该等芯片均依赖于海外最先进的制造工艺以及先进封装技术,目前国内供应链多方面受限,短时间内难以有较大突破。

“但从另一方面我们也看到很大的市场机遇。”徐涛指出:“尽管国内晶圆代工、封装等环节与海外相比尚有差距,但国内拥有非常广阔的应用市场需求,比如大模型推理在各垂直行业的应用即将大规模爆发,比如国内汽车产业的智能化渗透率早已领先全球,具身智能也将步入量产元年等等;每一个领域对AI芯片的需求都是千亿级别的增量市场,而在这些专用计算或边缘侧的场景中,不计成本地提升算力集成密度显然不符合商业可行性,如何满足多元化的场景需求以及成本可控反而成为核心痛点。而Chiplet架构能够支持不同工艺功能型芯片的组合也是打破这一痛点的关键所在,它既具有技术上的可操作性,也能充分满足应用场景的需求。”

对此,北极雄芯提出“需求解耦、异构集成”的Chiplet思路,从各类应用场景需求出发,基于通用型Chiplet快速开发平台,将通用型Chiplet与不同类型、数量的功能型芯粒灵活搭配,实现不同场景灵活应用,解决下游客户在算法适配、迭代周期、算力利用率、算力成本等各方面难以平衡的核心痛点。

自成立以来,北极雄芯瞄准Chiplet生态建设、产品迭代、标准推广等方面齐头并进,提出核心芯粒及自有IP规划“版图”,将在通用型芯粒(CPU Chiplet、I/O Chiplet)、功能型芯粒(GPU Chiplet、NPU Chiplet)、高速芯粒互联接口三条主线上有序迭代,陆续推出基于不同工艺节点、适用于不同场景的第三方芯粒,不断完善核心芯粒库资源;同时北极雄芯也将面向智能驾驶、大模型推理等领域直接推出基于Chiplet异构集成的智能驾驶SoC、大模型推理加速卡等产品。

务实的Chiplet解决方案、精准的应用场景,令北极雄芯备受青睐,先后获得图灵创投、红杉中国种子基金、SEE FUND、青岛润扬、韦豪创芯、讯飞创投、中芯熙诚、丰年资本、正为资本等国内外知名机构投资,在完成天使轮、Pre-A轮融资后,迅速走上商业化道路。

商业化落地加速,渐入“当打之年”

市场也看好Chiplet未来几年的增长前景。根据调查机构Market.us发布的最新报告,2023年全球Chiplet市场产生的市场规模约31亿美元,预计到2024年将达到44亿美元。2024年~2033年,Chiplet行业的复合年均增长率预计将达到42.5%,到2033年估值将达到1070亿美元。从Chiplet类型上来看,未来CPU Chiplet、I/O Chiplet、GPU Chiplet等独立芯粒市场需求量巨大,而这也正是北极雄芯首批芯粒设计研发的方向。

因应市场需求,北极雄芯为各类高性能计算场景提供基于Chiplet架构的解决方案,可广泛应用于各类云、边端高性能计算领域,智能驾驶、AI推理、隐私计算、科学计算等场景极具代表性,且落地迅速。

以智能驾驶领域为例,随着汽车电动化、智能化、网联化、共享化“新四化”的发展趋势,带动各类解决方案“上车”,且迭代迅速。数据显示,2023年我国汽车产销量分别达3016.1万辆和3009.4万辆,同比分别增长11.6%和12%,年产销量双双创历史新高。

徐涛表示:“市场空间巨大的同时,各大整车厂商在功能和算力的需求上存在较大差异,单一的芯片难以兼顾各类需求。而基于Chiplet架构,主机厂/系统厂能够快速生成低成本、定制化程度高、迭代周期短的芯片,Chiplet‘上车’已成为行业共识,MTK、英伟达、丰田、萨瑞、英特尔等厂商均有相应动作。目前,北极雄芯围绕自动驾驶、智能座舱、驾舱融合方面进行布局,并已有明确的时间表,将利用Chiplet快速迭代的优势在未来两年陆续推出系列化的智能驾驶SoC芯片。”

而在AI推理领域,Chiplet方案同样是降低推理成本的关键路径。市场经过两年多的发展,AI大模型在内的诸多方向对高性能算力的需求逐步由“通用化”向“专用化”过渡,针对不同推理场景所需的硬件需求(算力密集型、带宽密集型等),如何有效平衡算力、带宽、内存等资源,并且尽可能降低推理算力成本将成为大模型公司的核心竞争力。而Chiplet架构恰好能提供这样的方案:各厂商不但可设计不同类型的大模型推理芯粒根据场景需求灵活搭配,还可通过Chiplet集成突破单芯片面积(算力)上限,进一步提升单卡/单节点的性能。

徐涛在谈及未来规划时表示:“北极雄芯非常看好大模型推理需求在未来爆发性增长的需求,并将基于Chiplet架构快速开展AI计算单元的低成本迭代。公司下一代AI Chiplet方案已经成熟,预计2025年起将陆续推出面向不同大模型推理应用场景的基于Chiplet异构集成的专用加速卡。”

具体看,北极雄芯已与业内各领域龙头企业达成战略合作,其中包括经纬恒润、海星智驾、云海国创等。

基于Chiplet低成本、快周期、灵活迭代的特点,北极雄芯作为Chiplet集成商不但可直接设计研发基于Chiplet架构的面向终端应用场景的芯片,亦可依托各个独立Chiplet以及自有IP库为市场搭建Chiplet高性能计算芯片开发平台。截至目前北极雄芯自研的芯粒互联接口标准PB Link以及AI加速模块目前均已实现对外授权。

打造全国产供应链,“天下没有难做的芯片”

为人熟知的是,北极雄芯拥有一支强大的团队:清华大学交叉信息研究院助理教授马恺声为创始人,担任首席科学家;图灵奖得主、中科院院士、清华大学交叉信息研究院院长姚期智担任首席科学顾问。团队成员拥有英特尔、Cadence、Marvell、中兴、华为、海思、紫光等境内外知名半导体公司背景,研发人员占比超90%,具有不同工艺多款芯片成功流片的丰富经验。

韦豪创芯合伙人杨博回忆,在位于北京清华同方科技大厦,由天津滨海高新区和韦豪创芯战略合作的孵化器内,北极雄芯的办公场所经常灯火通明,“他们的团队具有极高的产业素养,依托清华大学和‘姚班’的丰富资源,以非常拼的毅力和务实的态度投入研发,持续攻克Chiplet技术,完成从无到有的跨越,并且在资源调配上极度克制。

早期依托于西安交叉信息核心技术研究院的孵化支持,北极雄芯团队相继完成启明910、启明920的研发。在引入投资机构等外部力量支持后,北极雄芯在两年半的时间里,完成启明930的研发、流片、回片。其基于国产基板材料和2.5D封装,采用第三代穆斯(MUSE)架构,成为国内首款基于异构Chiplet集成的智能处理芯片,可用于AI推理、隐私计算、工业智能等不同场景,已与多家AI下游场景合作伙伴进行测试。

这只是起点。徐涛透露:“启明935系列Chiplet今年即将正式发布,明年将发布第二代产品,产品上市周期大幅缩短,Chiplet快速迭代的优势即将显现。”

值得一提的是,在Chiplet技术上选择“异构集成”路线的北极雄芯仍然面临诸多挑战和难点,互联标准统一首当其冲。为更好地推动Chiplet技术发展,使得通过封装内的芯粒互联实现“像片上互连一样”的效果——2023年2月,北极雄芯联合国内外IP厂商、封装厂商、系统与应用厂商,共同发布基于国产封装供应链的《芯粒互联接口标准》;同年9月,北极雄芯宣布自主研发的Chiplet互联接口PB Link回片测试成功。PBLink接口具备低成本、低延时、高带宽、高可靠、符合国产接口标准、兼容封装内外互连、注重国产自主可控等特点。

面对复杂国际形势及行业周期变化,北极雄芯力图从国内具备商业化落地的可行性出发,兼顾场景需求、成本敏感度、国产供应链等各方面的因素,专注于面向自主可控性高的Chiplet技术及产品,针对国产封装及基板供应链进行优化,关注在14/12nm工艺节点以及国产封装供应链下的可实现性。

杨博作为北极雄芯发展历程的深度参与者,对其给予了非常高的评价。他说:“在与下游企业密切合作的过程中,北极雄芯与整车厂商形成良好协同,在着力打造全国产自主可控供应链,打破国外技术垄断方面起到了非常重要的作用。韦豪创芯长期关注Chiplet方向,为北极雄芯取得的成绩而振奋,希望其在商业化的道路上更加有为。”

在完成前期基础技术研发和实践工作后,北极雄芯终于在2024年步入商业化规模快速增长阶段,他们致力将芯粒技术推动成为半导体行业未来不可或缺的一部分,并向着“让天下没有难做的芯片”愿景奔跑起来。

责编: 爱集微
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