Chiplet能躲過(guò)出口管制嗎？

Chiplet能夠推動(dòng)半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，使系統(tǒng)公司和半導(dǎo)體供應(yīng)商能夠混合和匹配不同代工廠生產(chǎn)的chiplet，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)集成。不過(guò)，這一概念也有助于中國(guó)開(kāi)發(fā)國(guó)產(chǎn)AI處理器，從而與目前被禁止出口的西方公司生產(chǎn)的處理器相抗衡。

上月底，美國(guó)商務(wù)部工業(yè)與安全局（BIS）根據(jù)《出口管理?xiàng)l例》（EAR）公布了最新的出口管制措施，涉及先進(jìn)計(jì)算項(xiàng)目和半導(dǎo)體制造設(shè)備。

在密密麻麻的官方文章中，有一處提到了chiplet，而這項(xiàng)技術(shù)在科技媒體上基本沒(méi)有報(bào)道。

更新的出口管制規(guī)定將于2023年11月17日生效，其中增加了對(duì)chiplet的限制。

這次增加表明，美國(guó)政府越來(lái)越擔(dān)心中國(guó)的電子產(chǎn)業(yè)可能利用chiplet件作為一個(gè)漏洞，推進(jìn)其AI處理器的議程。此舉是在美國(guó)出口控制限制了中國(guó)使用EUV光刻設(shè)備制造更精細(xì)節(jié)點(diǎn)芯片的能力的背景下發(fā)生的。與此同時(shí)，美國(guó)芯片制造商如Nvidia被禁止向中國(guó)出口高端AI處理器。

分解高端處理器如chiplet，并限制獲取先進(jìn)制造工具，是美國(guó)出口管制機(jī)構(gòu)以國(guó)家安全為名采取的一些措施，旨在防止知識(shí)產(chǎn)權(quán)泄露。鑒于這一歷史背景，看到美國(guó)政府最初的想法反而困擾著日益緊張的美中貿(mào)易關(guān)系，幾乎可以說(shuō)是具有諷刺意味的。

解析美國(guó)chiplet限制規(guī)定

在更新的法規(guī)中，美國(guó)政府提醒半導(dǎo)體制造商注意芯片設(shè)計(jì)是否包含多個(gè)chiplet。

規(guī)定指出：

……如果晶圓代工廠知道單個(gè)封裝中將包含多個(gè)chiplet，那么晶圓代工廠應(yīng)估算出其負(fù)責(zé)制造的任何chiplet中晶體管的總數(shù)。晶圓代工廠無(wú)需計(jì)算其本身不負(fù)責(zé)制造的chiplet的晶體管數(shù)量。

美國(guó)監(jiān)管機(jī)構(gòu)為高度集成芯片設(shè)定的門(mén)檻是晶體管數(shù)量超過(guò)500億個(gè)。

該條例還規(guī)定：

……這一標(biāo)準(zhǔn)指出，如果所生產(chǎn)的物品是集成電路、計(jì)算機(jī)、“電子組件”或“部件”，并且集成了超過(guò)500億個(gè)晶體管和高帶寬內(nèi)存（HBM），那么這表明如果該“直接產(chǎn)品”預(yù)定發(fā)往國(guó)家群組中的任何目的地，根據(jù)《出口管理?xiàng)l例》（EAR）重新出口或從國(guó)外出口很有可能需要獲得許可。

換句話說(shuō)，如果晶圓代工廠知道客戶(hù)將芯片作為chiplet使用，就必須把所有chiplet加在一起計(jì)算出晶體管的總和。如果總數(shù)超過(guò)500億，就會(huì)引起美國(guó)政府的“警惕”，可能需要申請(qǐng)?jiān)S可。

更新后的規(guī)定還繼續(xù)寫(xiě)道：

為了計(jì)算芯片內(nèi)晶體管的數(shù)量，晶圓廠有兩個(gè)選擇。首先，晶圓廠可以取用制造該芯片所用工藝節(jié)點(diǎn)的晶體管密度，并將這個(gè)密度乘以芯片的面積。這個(gè)數(shù)字可能會(huì)比真實(shí)的晶體管數(shù)量高出很多，但如果結(jié)果低于相關(guān)的晶體管閾值，那么晶圓廠可以確信所涉及的芯片不會(huì)超過(guò)該閾值。其次，為了判定邊緣案例，晶圓廠可以使用標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)驗(yàn)證工具，根據(jù)GDS文件估算芯片上的（活動(dòng)和被動(dòng)）晶體管數(shù)量。無(wú)論采用哪種方法，如果晶圓廠知道將在單個(gè)封裝中包含多個(gè)chiplet，那么晶圓廠應(yīng)估算其負(fù)責(zé)制造的任何chiplet中的晶體管總數(shù)。晶圓廠無(wú)需計(jì)算其本身不負(fù)責(zé)制造的chiplet的晶體管數(shù)量。

這對(duì)中國(guó)出口意味著什么？

Chiplet限制給美國(guó)的出口管制增添了新的砝碼，迫使芯片公司考慮什么能做，什么不能做。

Yole Intelligence高級(jí)技術(shù)和市場(chǎng)分析師John Lorenz說(shuō)：“我們一直在討論chiplet，以此來(lái)克服制造方面出現(xiàn)的一些障礙。這些挑戰(zhàn)包括縮小光刻的物理學(xué)問(wèn)題和大型芯片的問(wèn)題。但在這里，我們現(xiàn)在討論的是chiplet可能作為克服某些出口管制的一種方法?！?/p>

Lorenz說(shuō)：“以Nvidia的H100為例，它自2022年起就被禁止出口。這是一個(gè)單片，有800億個(gè)晶體管。TSMC制造的芯片面積超過(guò)800平方毫米。至于節(jié)點(diǎn)，大約是每平方毫米1億個(gè)晶體管?！?/p>

中國(guó)能用chiplet制造出相當(dāng)于H100的芯片嗎？

目前還不清楚中國(guó)能否做到這一點(diǎn)?？紤]到中國(guó)現(xiàn)有的工藝節(jié)點(diǎn)，Lorenz表示，“這會(huì)成為一個(gè)更大的芯片。如果客戶(hù)使用SMIC來(lái)制造一個(gè)擁有800億個(gè)晶體管的芯片，那么它將有3000平方毫米那么大，這是非常離譜的?！?/p>

換句話說(shuō)，chiplet還不能讓中國(guó)自動(dòng)開(kāi)發(fā)出與華盛頓禁止出口的AI處理器相當(dāng)?shù)奶幚砥?。不過(guò)，Lorenz指出，中國(guó)政府自給自足的目標(biāo)可能會(huì)改變中美科技競(jìng)爭(zhēng)的態(tài)勢(shì)。

這對(duì)美國(guó)公司意味著什么？

??

雖然全球chiplet市場(chǎng)仍未成形，但許多芯片公司和系統(tǒng)供應(yīng)商都把希望寄托在開(kāi)放的chiplet經(jīng)濟(jì)上。

在合作伙伴層面，Nvidia和MTK公布了針對(duì)MTK汽車(chē)平臺(tái)的新Nvidia GPU chiplet計(jì)劃。這家臺(tái)灣芯片公司表示，將利用這筆交易為“下一代智能座艙提供最先進(jìn)的AI、互聯(lián)和計(jì)算能力”。

由于沒(méi)有現(xiàn)成的設(shè)備，chiplet集成的努力源于合作伙伴關(guān)系。一位不愿透露姓名的業(yè)內(nèi)專(zhuān)家解釋說(shuō)：“Intel內(nèi)部、Nvidia+TSMC等，目前還沒(méi)有類(lèi)似Digikey/Mouser的獨(dú)立分銷(xiāo)商。簡(jiǎn)言之，Nvidia或其他任何向中國(guó)銷(xiāo)售chiplet的公司都必須是高級(jí)別的合作伙伴?！?/p>

到目前為止，數(shù)據(jù)中心和Nvidia級(jí)的chiplet一直是市場(chǎng)贏家。這兩種chiplet肯定都在美國(guó)的出口管制范圍之內(nèi)。但新的芯片呢？

Financial Times本周援引泄露文件報(bào)道稱(chēng)，Nvidia為中國(guó)量身定制了三款新的芯片，既能滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的AI技術(shù)需求，又符合美國(guó)的出口管制。

據(jù)報(bào)道，這三款芯片被命名為H20、L20和L2，其整體性能“與Nvidia之前在中國(guó)銷(xiāo)售的芯片相比有所降低”。

這些新芯片可以作為chiplet銷(xiāo)售嗎？更重要的是，中國(guó)客戶(hù)能否利用這些設(shè)計(jì)出功能更強(qiáng)大、封裝更先進(jìn)的chiplet？

Yole的Lorenz預(yù)計(jì)，美國(guó)政府將不斷更新法規(guī)，這意味著監(jiān)管機(jī)構(gòu)可能會(huì)設(shè)法阻止這些基于chiplet的先進(jìn)設(shè)計(jì)。

HBM又如何呢？

在新的出口限制中，監(jiān)管機(jī)構(gòu)還提到HBM是一個(gè)潛在的警示標(biāo)志。

Lorenz指出，HBM（也是一種芯片）是當(dāng)前AI技術(shù)浪潮中的關(guān)鍵一環(huán)。

他說(shuō)：“HBM對(duì)這些AI技術(shù)非常重要，因?yàn)槟Ｐ鸵?guī)模越來(lái)越大，你希望將整個(gè)模型存儲(chǔ)在靠近加速器的HBM中，并能夠通過(guò)加速器內(nèi)核傳遞這些參數(shù)，而不是等待它通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)存。”

如果中國(guó)不能進(jìn)口HBM，就必須自己開(kāi)發(fā)。盡管去年夏天有媒體報(bào)道稱(chēng)，中國(guó)的DRAM供應(yīng)商長(zhǎng)江存儲(chǔ)（YMTC）正在開(kāi)發(fā)“類(lèi)似HBM的DRAM”，但Lorenz認(rèn)為還有很長(zhǎng)的路要走。

他補(bǔ)充說(shuō)，一些基礎(chǔ)技術(shù)包括長(zhǎng)江存儲(chǔ)正在開(kāi)發(fā)的混合鍵合技術(shù)。他補(bǔ)充說(shuō)，這與HBM不同，但中國(guó)“至少正在建立這些封裝技術(shù)背后的知識(shí)基礎(chǔ)”，這可能有助于長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。

當(dāng)被問(wèn)及未來(lái)中國(guó)chiplet設(shè)計(jì)是否會(huì)缺乏HBM時(shí)，技術(shù)專(zhuān)家Ron Wilson指出，開(kāi)發(fā)類(lèi)似HBM的DRAM具有挑戰(zhàn)性，并補(bǔ)充說(shuō)：“這應(yīng)該不需要任何違反美國(guó)出口管制的技術(shù)。”

Wilson繼續(xù)說(shuō)：“也許結(jié)果不會(huì)像Micron或Samsung所能做到的那樣密集或快速，但它應(yīng)該足以讓中國(guó)在AI競(jìng)爭(zhēng)中保持優(yōu)勢(shì)。將chiplet與HBM堆棧結(jié)合起來(lái)所需的堆疊和interposer（或有機(jī)基板）技術(shù)也是如此?！?/p>

中國(guó)有自己的“chiplet互連接口標(biāo)準(zhǔn)”，即ACC1.0，最初于2022年發(fā)布。

Wilson認(rèn)為：“中國(guó)將在政府的支持下開(kāi)發(fā)自己的互連標(biāo)準(zhǔn)和可互操作的chiplet庫(kù)，包括國(guó)產(chǎn)HBM。這不會(huì)是一個(gè)輕松的挑戰(zhàn)，但對(duì)他們來(lái)說(shuō)風(fēng)險(xiǎn)很高，而且這項(xiàng)任務(wù)與華為在幾乎創(chuàng)建5G標(biāo)準(zhǔn)時(shí)所完成的任務(wù)并無(wú)太大區(qū)別。”

與此同時(shí)，不要指望美國(guó)監(jiān)管機(jī)構(gòu)會(huì)坐以待斃。

一位行業(yè)觀察家表示，出口規(guī)則在不斷變化，因此像使用chiplet規(guī)避出口管制這樣的漏洞“可以很快修補(bǔ)”?！霸诔隹诠苤品矫妫绹?guó)政府一直相當(dāng)靈活”。

看似對(duì)于美國(guó)供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)一個(gè)略低于5000萬(wàn)晶體管的高度集成芯片，并將其出口到中國(guó)并不困難。但有意思的是，據(jù)行業(yè)消息來(lái)源稱(chēng)，“出口分類(lèi)由供應(yīng)商自行管理，沒(méi)有政府分類(lèi)機(jī)構(gòu)?！?/p>

在西方國(guó)家試圖制定chiplet出口戰(zhàn)略之際，中國(guó)正在制定自己的chiplet標(biāo)準(zhǔn)。中美貿(mào)易關(guān)系的惡化只會(huì)加劇兩國(guó)之間的分歧，使新興的全球chiplet市場(chǎng)分為兩個(gè)不同的地緣政治派別。