AI助力半导体走出底部周期 Chiplet产业化仍待时日
21世纪经济报道 张梓桐
处于周期底部已久的半导体行业有望迎来曙光。
今年三季度以来，中国集成电路产业略有回暖，但由于需求较弱，特别是受消费类电子产品下降影响，形势依然很严峻。
据中国半导体行业协会统计，2023年1-9月中国集成电路产业销售额为8096.5亿元，同比增长2.4%(上半年是0.5%)。其中，设计业同比增长6.5%(上半年是6.3%)，销售额3750.6亿元；制造业同比增长1.1%(上半年是下降1.5%)，销售额为2389.1亿元；封装测试业同比下降3.2%(上半年是下降6.8%)，销售额1956.8亿元。
但随着AI技术变革带来的巨大算力需求，以及Chiplet等先进封装技术的出现，一些新的增长点也在悄然出现。
近日，中国半导体行业协会封测分会秘书长徐冬梅在2023中国临港国际半导体大会高峰论坛上对21世纪经济报道记者分析称，目前半导体行业正处于周期底部且需求向上切换之际，随后可能会出现强劲的复苏。2024年全球半导体销售额可能会增长11.8%，今年的基数比较低，明年会达到5759.97亿美元，创历史新高。届时几乎所有地区都有望持续增长，美洲和亚太地区或将呈现两位数同比增长。
“具体来看，以数据中心及云计算为基础的数字社会建设，对高性能计算及大容量存储形成强需求，算力时代的到来需要高密度封装技术支撑。传统燃油车向新能源车及智能汽车转变，功率模块封装需求激增，以AI技术为核心的自动驾驶将带动车载先进封装需求。”徐冬梅说。
AI催生半导体走向“智算一体”
今年以来，生成式AI正在成为半导体行业新的业务增长点。
与此同时，从年初的ChatGPT大模型发布开始，国内各大厂商纷纷跟进发布各类大模型，但21世纪经济报道记者梳理发现，今年发布的所有大模型参数基本都停留在千亿级的量级，这背后原因为何？
对此，苹芯科技产品市场总监王菁对记者分析称，一方面，当前无论是单芯片所能够提供的算力，还是算力集群所能提供的系统级别的算力集群支撑，都达到了峰值。
另一方面，支撑所有大模型，包括所有的算力基础设施的建设和运营的相关成本也达到了天文数字。
“因此在一个新的智能化时代，行业对芯片提出了新的要求，即我们会更关注能效比的指标。在提供一定的计算量的基础上，我们会追求更低的成本投入、时间投入，以及能耗投入，我们一直都在追求计算的高效率。存算一体就是顺应这种潮流所开发出来的新技术。”
亿铸科技创始人、董事长兼CEO熊大鹏在论坛上也表达了类似的观点，他表示，一方面，随着当前人工智能模型越来越大，对算力要求也越来越大，另一方面，当前存储墙的问题越来越严重。
在他看来，这会导致两个问题，首先对于部署端来说，部署一个用户体验比较好的系统所需要的投资非常大。其次，在把这一系统建起来之后，运营的成本也非常高。
“我们做过一个初步的估算，如果是1亿人同时在线，按照今天的价钱大概需要的投资是3000亿-5000亿美元，每一年仅仅是电费，不包括其他的费用，大概是将近100亿美元，所以大模型当然给大家带来各种以前不曾有过的新机会，包括一些非常好的体验，但同时要把这个系统建起来，所需要的投资非常大。即使这个投资投上去了，将来我们要去维护这样的系统，它的开销也非常大。”熊大鹏说道。
在这一背景下，熊大鹏表示，“存算一体”――包括以存算一体为基础的各种解决方案或者新的技术，应该是解决这个问题的终极方案之一。
台积电(中国)有限公司副总经理陈平则指出，无论是云端，还是在端侧应用，当前AIGC对工艺的要求都主要围绕着算力和能效比两点展开。从算力方面来看，要用大模型必须有大算力，大算力是支撑大模型的一个必要条件。“算力对于工艺来说意味着更高的集成度，在单位面积里集成更多的晶体管。”
第二个因素则是能效比。陈平表示，目前数据中心的主要成本就是电和冷却。而如果器件端能够降低20%-30%的功耗，那么对整体成本的影响是巨大的。
先进封装技术崭露头角
自去年开始，由于全球经济前景不确定性导致需求下降，叠加芯片产能过剩，过高库存需要消化，而进入2023年后，情况并未出现明显好转，终端市场产品需求下降，集成电路行业景气度下滑，订单不饱满，产能利用率不足。
“当前封测行业市场竞争非常激烈，较多中小企业仍在持续亏本运营的状态。但经历了近两年的下行周期，封测企业去库存基本完成或接近尾声，部分品类价格已经率先走出底部，逐渐进入触底回升阶段。”徐冬梅对记者说。
从中国市场来看，今年以来的GPT算力提升需求进一步推动着Chiplet技术发展，先进封装技术也开始吸引越来越多市场参与者的目光。
从技术原理来看，传统的SoC芯片是将具有不同功能单元的完整系统集成在单个芯片中，统一制造、统一封装，形成高度集成系统，其信息传递效率更高、体积更小，缺点在于其设计开发的周期更长，技术要求更复杂，开发成本更高。
Chiplet技术是将芯片按照功能单元分解成多个小芯粒，每个芯粒选择最适合的工艺制造，再通过先进封装技术实现芯粒间高速互联，形成系统级芯片，具有多种优势。
市场空间方面，据Omdia数据预测，Chiplet市场规模到2024年将达到58亿美元，2035年则将超过570亿美元。
但在行业对Chiplet抱有极大期待的同时，相关争论也开始出现，有观点认为，是否现在把几个芯片拼在一起就可以取代掉一个先进工艺？
在陈平看来，这一答案是否定的。“Chiplet虽然扩展了芯片，但改变不了芯片的品质，即能效比和算力密度，所以我们需要继续提升。现在3纳米已经进入了大规模量产，2纳米看起来也已经呼之欲出了。再继续往下，我们的工艺工程师还在努力。”
与此同时，徐冬梅也指出，当前我国先进封装关键设备及材料尚未实现自主创新：先进封装测试技术所需的关键封装、测试用设备和材料主要依赖进口，因此我国封装领域总体仍以传统的中低端封装为主，总体先进封装技术水平与国际先进水平还有一定差距，未来需要政府、高校协同发力，合力打造良好的产业发展生态，推动产业高端突破。
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