小晶片、異質整合成半導體顯學！用最簡單的方式讀懂 Chiplet、SoC、SiP

半導體製程技術逼近已知的物理極限，為了持續強化處理器性能，小晶片（Chiplet）、異質整合技術乃蔚為潮流，更被視為延續摩爾定律的主要解決方案，世界大廠如台積電、intel、三星等，都在全力開發相關技術。

SoC、SiP、Chiplet 是什麼？

要了解 Chiplet 技術，需先釐清目前常見的兩個名詞，分別是 SoC 與 SiP。SoC（System on Chip）是將數個不同晶片，經過重新設計使其全部使用「同樣製程工藝」，並整合於單一晶片上；而 SiP（System in Package），是將數個「不同製程工藝」的晶片，透過異質整合技術對其進行連接，並整合於同一個封裝殼內。

而 Chiplet 技術便是通過先進封裝技術讓多個小晶片形成的 SiP，它能夠將具備不同功能的小晶片，通過先進封裝技術整合於單一基板上。Chiplet 與 SiP 看似相同，但 Chiplet 本質還是晶片，而 SiP 是封裝型態，兩者在功能和用途上存在差異。

▲Chiplet 與 SiP 差異圖

Chiplet 成為當今半導體發展趨勢

Chiplet 技術的 SiP 設計概念，對比 SoC 呈現出多種優勢，Chiplet 可以大幅提高晶片製造的良率。近年來，為求晶片效能提高，晶片面積持續放大。晶片良率則隨著晶片面積放大而下降。畢竟一個微小缺陷便足以使一顆大晶片報廢，而 Chiplet 技術則可以整合面積相對小、製造良率相對高的各種小晶片來提升晶片性能及其製造良率。

其次，Chiplet 技術亦有利於降低設計的複雜度和設計成本。Chiplet 可以通過異質整合將各類小晶片整合在一起，不僅降低初期設計階段的整合壓力，也讓設計和測試階段更容易進行。此外，由於不同的小晶片可以獨立優化，最終的整合產品往往能夠獲得更好的整體性能。

Chiplet 有望降低晶圓製造的成本。在晶片中，除了 CPU、GPU 以外，其他單元不依賴先進製程也能夠發揮很好的性能。Chiplet 能讓不同功能小晶片使用其最適合的製程，更有助於降低製造成本。

隨著半導體製程的演進，晶片設計難度更高、流程更加複雜，設計成本亦持續攀升。在此趨勢下，能夠簡化設計、製造流程且有效提升晶片性能、延續摩爾定律的 Chiplet 技術也被業界寄予厚望。

▲Chiplet 技術演進

Chiplet 應用發展

近年全球半導體大廠如 AMD、台積電、英特爾、英偉達等皆嗅到此領域的市場機遇，紛紛加緊布局 Chiplet 技術。例如AMD近年產品多受益於「SiP + Chiplet」的製造模式；另外，蘋果發佈的 M1 Ultra 晶圓也通過定製的 UltraFusion 封裝架構實現了極高的性能。在學術界，美國加州大學、喬治亞理工大學以及歐洲的研究機構近年也逐漸開始針對 Chiplet 技術牽涉的互連接口、封裝與應用等問題開始展開研究。

綜上所述，由於Chiplet技術能有效降低設計成本、縮短研發工時、提高設計彈性與良率，同時拓展晶片功能，其必然成為高階晶片持續發展過程中不可或缺的解決方案。