灼识咨询：后摩尔时代的新集成与新材料_18页_1mb

后摩尔时代的新集成与新材料总结

核心内容

后摩尔时代，半导体行业面临传统摩尔定律瓶颈，因此聚焦于新集成与新材料两个方向以延续技术进步和经济效益。其中，Chiplet（小芯片）作为新集成模式，以及SiC（碳化硅）作为新材料，成为推动行业发展的关键。

主要观点

1. Chiplet模式

• Chiplet是一种将多个小芯片封装成系统芯片（System Chip）的模式，具有以下优势：

  • 提供更大的性能功耗优化空间
  • 支持灵活定制，适应不同应用场景
  • 降低芯片设计成本与研发周期
  • 可有效缩短芯片研发周期并降低风险
  • 通过异构集成，实现不同工艺芯片的封装结合，提升整体性能

• Chiplet异构集成面临以下挑战：

  • 缺乏高效统一的互连接口和协议
  • 信号传输不稳定，功耗平衡困难
  • 散热问题复杂
  • 系统芯片的测试难度增加

• 解决方案包括：

  • 建立Chiplet标准联盟（如Intel的UCle标准）
  • 各厂商推出高速互连协议（如AIB、NVLink）
  • 采用先进封装技术（如EMIB、Foveros、Co-EMIB、SoiC等）

2. 新材料——SiC

• SiC作为第三代半导体材料，具备更高的性能和应用优势，广泛应用于大功率、高频、高温等场景。

• 相较于传统硅基器件，SiC器件具有以下优势：

  • 更高的转换效率
  • 更低的能量损耗
  • 更强的散热能力
  • 更小的体积和重量

• SiC功率半导体主要包括：

  • SiC二极管（如SBD、PIN、JBS）
  • SiC MOSFET（如DMOSFET、TMOSFET）
  • SiC功率模块，用于光伏、风电、轨道交通等领域

• SiC器件的商业化应用正逐步推进，尤其在新能源汽车、工业控制、太阳能逆变器、开关电源等市场表现突出。

关键信息

1. Chiplet与SoC对比

2. Chiplet异构集成技术

• 2D/3D封装技术是实现Chiplet异构集成的核心手段。
• 主要技术包括：
  • 倒装封装：提高I/O数量，降低封装尺寸
  • 2.5D封装：通过中介层实现高效互连
  • 3D封装：直接堆叠芯片，提升性能和密度
  • SiP（系统级封装）：集成多种功能芯片，提升整体性能

3. SiC功率器件应用领域

• 新能源汽车：用于车载OBC、DC/DC、大功率充电器等
• 太阳能逆变器：转换效率提升至99%以上，能量损耗降低50%以上
• 风电：用于整流与逆变，降低成本50%，减少重量25%
• 轨道交通：提升车辆系统效率与速度，降低电力损耗30%以上
• 不间断电源UPS：提高效率与散热性能

4. SiC产业链结构

• SiC产业链主要包括：

  • 衬底
  • 外延
  • 晶圆制造
  • 封装与测试

• 衬底占据成本的半壁江山，目前被国外企业主导，国内厂商虽有大量投资规划，但有效产能仍不足。

5. 市场规模预测

• Chiplet市场规模：预计2025年全球市场规模将显著增长
• SiC功率器件市场规模：持续上升，新能源汽车和工控领域增长较快

行业趋势

• Chiplet正在成为一种新的芯片生态，尤其在高性能CPU、FPGA、GPU等领域表现突出。
• SiC材料作为新一代功率半导体材料，其性能优势显著，正逐步实现商业化。
• 先进封装技术与芯片制造融合，推动Chiplet与SiC器件的发展。
• 台积电、Intel、三星等企业正在加大在高性能封装技术上的投入，引领行业发展方向。

总结

后摩尔时代，半导体行业通过Chiplet和SiC技术突破传统瓶颈，实现性能、成本与效率的提升。Chiplet模式通过模块化设计和异构集成，提供更大的灵活性与经济效益；SiC材料则凭借其优异的物理特性，在大功率、高频、高温等应用场景中展现出巨大潜力。未来，随着先进封装技术的发展和SiC产业链的完善，这两个方向将成为半导体行业的重要增长点。