Chiplet破局芯片国产替代瓶颈 封测设备千亿版图重构（产业链解析）

强驴

证通社

2022-08-07 20:00:006.6万次阅读  来自湖南

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近日，半导体产业成为了市场的焦点。台海局势的不确定性，美国《芯片和科学法案》的影响，都进一步提升了中国大陆半导体产业国产替代的迫切性，尤其在国防军工、航空航天、高端制造等有战略意义的领域，突破芯片“卡脖子”变得刻不容缓。

一项业内称为Chiplet的技术火速出圈，在国产芯片破局方面被寄予厚望。证通社独家采访了数位资深半导体业内人士，就Chiplet的概念、起源、现状，以及对国内半导体产业的意义进行了探讨。

Chiplet俗称芯粒，也叫小芯片，是一种先进封装技术。

Chiplet跟传统SoC( System on a Chip) 方案完全不同。传统SoC路线下，处理器、存储器、信号、电路模块全部集成到一个芯片上。而Chiplet是将复杂芯片拆解成一组具有单独功能的小芯片单元die（裸片），通过die-to-die将模块芯片和底层基础芯片封装组合在一起，类似于搭建乐高积木，形成一个系统芯片。

多芯片技术分支由来已久。2014年，华为海思就与台积电的CoWoS合作产品。CoWoS是台积电2.5D封装的代表，就是芯片做好先不封装，而是在同一个基板上平行排列，然后通过引线键合或倒装芯片或硅通孔的工艺连接到中介层上，将多个功能芯片在垂直方向上连接起来的制造工艺。

2015年，Marvell创始人周秀文博士在ISSCC 2015上提出MoChi（Modular Chip，模块化芯片）概念，被认为是Chiplet的雏形。2016年，Darpa 启动的Chips项目，把Chiplet推到了整个产业界面前。但是AMD的EYPC系列的成功，才真正让Chiplet进入主流业界视线。

微缩化的先进制程逼近极限，Chiplet或将拯救摩尔定律。

推动半导体产业发展的摩尔定律描述，晶体管容量大约每经过24个月增加一倍，代表着芯片制造的微细化趋势。在过去的三十多年里，全世界的半导体厂商都在努力提升设计精确度和工艺制程，既提升性能，又控制功率消耗。随着半导体工艺制程持续向3nm/2nm推进，晶体管尺寸已经越来越逼近物理极限，而且所耗费的时间及成本也越来越高。据IBS统计，一个28nm芯片的设计成本在4000万美元，16nm芯片设计成本约1亿美元，而5nm芯片的设计成本更高达5.4亿美元，3nm的设计成本可能达到15亿美元。传统微缩工艺前景堪忧，摩尔定律接近失效。

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Chiplet其实是一个代工厂视角的创新，它在理论上完美补足设计与制程上“缺陷”，从另一个维度来延续摩尔定律的“经济效益”。通过Chiplet路线，大芯片分成小模块，一是可以有效改善良率，降低因不良率导致的成本增加，二是可降低设计的复杂度和设计成本，三是降低芯片制造的成本。根据研究人员分析，这项技术可以将大型7nm设计的成本降低高达25%；在5nm及以下的情况下节省成本更大。

Chiplet可能是卡脖子背景下，大陆芯片弯道超车的绝佳机会。

对于全球半导体行业而言，Chiplet代表着经济性，而对中国大陆的半导体产业（以华为海思为代表），它更意味着生存机遇。中芯国际代表大陆最先进的制造水平，但其也显著落后于台积电这样的行业领导者。尽管大陆企业在不断追赶与突破，但在美国主导的各种卡脖子、断供影响下，高端光刻机、光刻胶、人才都极度匮乏，传统工艺国产替代除了要耗费巨大的成本，还有漫长的时间。

春江和水暖鸭先知。或许正是因为最早嗅到卡脖子风险，华为海思是国内最早一批尝试Chiplet的公司，上文提到的海思与台积电CoWoS合作只是个开端。接受证通社采访的业内人士认为，Chiplet可能是华为最佳(甚至是唯一)的破局机会。去年，有消息传出，华为正在尝试双芯片叠加，将利用3D-MCM封装的Chiplet。今年3月华为2021年年度报告发布会上，华为轮值董事长郭平表示，未来华为可能会采用多核结构的芯片设计方案，以提升芯片性能。同时，华为未来将用堆叠、面积换性能，用“不那么先进”的工艺来提升产品竞争力，这样华为普通、成熟制程的芯片就有望重回舞台。

也就是说，在技术封锁之下，Chiplet可能会成为大陆半导体绕开最先进制程的一种解决方案，用中芯国际14nm工艺，实现此前7nm技术的效果。Chiplet让国产替代成本显著降低，更换取了宝贵的时间。要知道，当前局势下，在国防军工、航空航天、高端制造等有战略意义的领域，国产替代刻不容缓。

国内企业纷纷入局Chiplet，国家标准有望推出。

国际上，2022年3月，AMD、ARM、英特尔、高通、三星、台积电、微软、谷歌、Meta、日月光等十家行业巨头组成UCIe（Universal Chiplet Interconnect Expss）产业联盟，携手推动Chiplet接口规范的标准化。国内已有阿里巴巴、芯原股份、芯耀辉、芯和半导体、芯动科技、芯云凌、长芯存储、长电、超摩科技、奇异摩尔、牛芯半导体、OPPO等多家大陆企业先后宣布加入UCIe行业联盟。早在2021年1月，国内半导体巨头华为海思牵头，与中芯国际、紫光展锐、长江存储、龙芯等国产半导体相关企业，组建了中国国产芯片联盟。

2021年5月，中国计算机互连技术联盟（以下简称CCITA）在中电标协立项了Chiplet标准——《小芯片接口总线技术要求》，由国家部委和多个芯片厂商合作展开标准制定工作。

此前有报道称今年年底将进行《小芯片接口总线技术要求》初版标准发布，或将成为国产芯片打破制程封锁，实现弯道超车的重要引擎。

此证通社此前文章梳理了半导体设备产业链（详见7月6日、8月3日的文章），万业企业（离子注入机、刻蚀机及零部件）、北方华创（刻蚀机、沉积设备、清洗设备）、中微公司（刻蚀机）、华海清科（CMP设备）、拓荆科技（沉积设备）、芯源微（清洗设备）、盛美上海（清洗设备）等公司具有代表性。半导体材料方面，给中芯国际等大陆厂商供货的有立昂微（硅片）、金宏气体（特气）、晶瑞电材（光刻胶、湿电子化学品）、江化微（湿电子化学品）。封装基板方面，A股主要有深南电路、兴森科技。

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总体看来，随着Chiplet先进封装技术的不断成熟和推广，将带来全球半导体产业的重构，更给大陆半导体产业带来历史机遇。业内评价，除了芯原股份等直接加入UCle的A股公司及参股公司（例如中新集团间接参股超摩科技），国内半导体封装测试产业作为全球产业链的重要环节，有望充分受益。国内大规模成熟工艺产能建设，叠加先进封装技术要求，封测设备将最先获益。

首先来看封测设备，主要有测试机、分选机、探针台等。

我们先来看一组数据，根据Yole的数据，全球半导体封测市场规模从2011年的455亿美元增长到2020年的594亿美元；根据中国半导体行业协会的数据，2021年中国半导体封测市场规模达2763亿元，同比增长10.08%，2012-2021年CAGR达11.5%。

值得一提的是，根据SEMI数据，在全球半导体设备市场中，工艺过程控制、CP测试、FT测试等晶圆制造和封测环节的检测设备占整个半导体设备市场空间的15%-20%。根据SEMI、KLA、Gartner的数据，2020年全球封测环节的检测设备市场规模为65亿美元，同比+20%。Chiplet需要的测试机的数量将比目前Soc芯片测试机所需的量要大得多。目前的Soc芯片测试对于可能数模混合的低成本的存储芯片等采用抽检的方式，而Chiplet技术为了保证最后芯片的良率，需要保证每个Chiplet的die都是有效的，因此将会对每个die进行全检。从抽检到全检，购置检测设备的数量将大幅增加。

深科达：公司2016年成立半导体部门，以分选机切入市场并快速成长。2021年，公司半导体设备营业收入2.77亿元，比去年同期增长了130.14%，在主营业务中占据了30%的比重，且成为公司增长最快的业务单元。公司目前生产的转塔式测试分选一体机已经在国内市场取得了广泛认可，公司与晶导微、扬杰科技、通富微电、华天科技等优质知名客户建立了良好的合作关系，目前公司转塔式测试分选一体机出货量位居国内市场前列。目前公司市值仅20亿出口，堪称隐形半导体设备黑马。

长川科技：公司在后道检测环节布局全面，主营分选机和测试机，探针台开发完成Demo进展顺利。分选机和测试机为公司主要收入来源，2020合计占比超90%，分选机收入占比从2017年53%逐年提升至2020年70%。2021年公司分选机营收9.364亿。2018年，公司产品进入海思供应链。2019年，公司分选机C6160H、C6800C、CS800C、CS600C机型出货华为，后续还有新的分选机产品有待开发验证。

华峰测控：公司主营模拟、混合、功率类集成电路测试机。公司目前为国内前三大半导体封测厂商模拟测试领域的主力测试平台供应商，客户包括但不限于长电科技、通富微电、华天科技、华润微电子、华为等。

华兴源创：基于面板领域的技术积累，公司进军IC检测领域，目前研发和生产的设备包括SOC测试机、BMS芯片测试机和分选机。

再来看先进封装，国内企业跻身全球前列。

从制造工艺角度看，集成电路产业链从上至下可分为设计、制造和封测三大环节，其中集成电路封测是集成电路产品制造的后道工序。绝大部分芯片设计公司采用 Fabless 模式，本身无晶圆制造环节和封装厂测试环节，其完成芯片设计后，将版图交给晶圆代工厂制造晶圆，晶圆完工后交给下游封测企业，封测企业根据客户要求的封装类型和技术参数，将芯片裸晶加工成可直接装配在 PCB 电路板上的集成电路元器件。封装完成后， 进行专业测试。完成晶圆芯片的封装加工和测试后，封测企业将芯片成品交付给客户。

封测环节则为我国集成电路三大领域最为强势的环节。近年来，国内封测龙头企 业通过自主研发和并购重组，在先进封装领域正逐渐缩小同国际先进企业的技术差距。 我国封测企业在集成电路国际市场分工中已有了较强的市场竞争力，有能力参与国际市场竞争。根据ittbank数据，2021年全球营收前十大封测厂商排名中，有三家企业位于 中国大陆，分别为长电科技、通富微电和华天科技。

通富微电：背靠AMD(chiplet首家商业化大规模生产，并靠此技术迅速追赶英特尔，业内chiplet最牛企业)，为AMD封装企业，AMD占公司营收40%。此外，通富微电在8月1日互动易平台的问答中回复到，公司在Chiplet、WLP、SiP、Fanout、2.5D、3D堆叠等方面均有布局和储备。

华天科技：已自主研发出达到国际先进水平的多芯片封装（MCP）技术、多芯片堆叠（3D）封装技术、薄型高密度集成电路技术、集成电路封装防离层技术、16nm晶圆级凸点技术、基于C2W和TSV的声表面滤波器封装技术等先进封装技术。

长电科技：在先进封装技术覆盖度上与全球第一的日月光集团旗鼓相当，具备行业领先的SiP、WLCSP、FC、eWLB、PiP、PoP及2.5/3D等高端封装技术。

大港股份：已储备TSV、micro-bumping（微凸点）和RDL等先进封装核心技术。