中国Chiplet的机遇与挑战及芯片接口IP市场展望

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摩尔定律失效，芯片性能提升遇瓶颈

laoyaoba.com/, Apr. 06, 2023 – 

在探讨Chiplet(小芯片)之前，摩尔定律是绕不开的话题。戈登·摩尔先生在1965 年提出了摩尔定律：每年单位面积内的晶体管数量会增加一倍，性能也会提升一倍。这意味着，在相同价格的基础上，能获得的晶体管数量翻倍。不过，摩尔先生在十年后的1975年，把定律的周期修正为24个月。至此，摩尔定律已经影响半导体行业有半个世纪。

随着集成电路技术的不断演进，半导体行业发现摩尔定律在逐渐失效。上图右上部分是英特尔x86 CPU 1970-2025年的演化历史，可看出每颗芯片的晶体管数量持续增加(右上深蓝色线条)，但时钟速度(右上天蓝色线条)和热设计功耗(右上灰色线条)自2005年之后就变化不大。于此同时，受先进工艺高成本支出的影响，晶体管成本降幅在2012年后趋缓，甚至越往后还有成本增加的趋势。

从上图右下的统计数据可看出，芯片制程在持续微缩和演进，晶体管数也在相应的增长。在2019年以前，单芯片晶体管数量和工艺几何尺寸演进，一直与摩尔定律高度相关。因为单位面积内的晶体管数量，每一周期就会增加一倍，所以在理想情况下，Die的尺寸可保持不变。但是据右下绿色标识的区域显示，可以看到单芯片Die尺寸在日趋增大，这也从另一个角度说明，单芯片晶体管数量的增加，也有Die增大的原因所致。由于Die尺寸的增长，受光罩尺寸、工艺良率等因素制约，这代表通过加大Die Size来提升单芯片算力已经越来越困难。

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