摩爾定律正在減速。過(guò)去我們靠不斷縮小晶體管尺寸提升芯片性能，但如今物理極限越來(lái)越近。在這樣的背景下，兩種創(chuàng)新技術(shù)站上舞臺(tái)：CMOS 2.0和Chiplet（芯粒）。它們都在解決 “如何讓芯片更強(qiáng)” 的問(wèn)題，但思路卻大相徑庭。

CMOS 2.0：把芯片做成“多層定制蛋糕”

要理解CMOS 2.0，得先說(shuō)說(shuō)它的“前輩”——傳統(tǒng)CMOS技術(shù)：

我們?nèi)粘Ｓ玫?a target="_blank">手機(jī)芯片、電腦CPU，本質(zhì)都是基于CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）打造的，就像用同一種配方烤出的單層蛋糕，所有運(yùn)算、存儲(chǔ)、供電模塊都擠在同一層面，功能越多，“蛋糕”就越厚，數(shù)據(jù)在模塊間傳遞的路徑也越長(zhǎng)，不僅耗電還容易卡頓。而比利時(shí)研究機(jī)構(gòu)Imec在2024年提出的CMOS 2.0，徹底改變了這種“單層結(jié)構(gòu)”。它的核心是“單片異構(gòu)3D堆疊”，簡(jiǎn)單說(shuō)就是：

把原本擠在同一層的芯片功能，拆成垂直疊加的不同層級(jí)：最底層是高驅(qū)動(dòng)邏輯層，專門(mén)負(fù)責(zé)像“高速運(yùn)算”這樣的重活；中間層是高密度邏輯層，擅長(zhǎng)同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)；頂層還能疊上存儲(chǔ)器層，讓數(shù)據(jù)存取更方便。更關(guān)鍵的是，它在芯片背面偷偷加了一套“背面供電網(wǎng)絡(luò)（BSPDN）”，就像給蛋糕裝了隱形輸油管，不用再?gòu)恼胬@路供電，大幅降低了功耗。

這些功能層之間不是簡(jiǎn)單堆疊，而是靠納米級(jí)的高密度3D互連技術(shù)緊緊“粘”在一起，層間距離只有十億分之一米，數(shù)據(jù)傳遞速度比傳統(tǒng)芯片快10倍以上，功耗卻能降30%。

打個(gè)比方，傳統(tǒng)芯片是把巧克力、奶油、面粉全混在一起烤蛋糕，味道混雜還不好控制；CMOS 2.0則是分層制作——底層用高筋面粉做“支撐底座”（高驅(qū)動(dòng)邏輯層），中層用低筋面粉做“蓬松夾層”（高密度邏輯層），頂層抹上奶油當(dāng)“儲(chǔ)物格”（存儲(chǔ)器層），層間再涂一層超薄奶油（3D互連），既讓每一層的口感發(fā)揮到極致，又能快速傳遞味道，最終在同樣大小的蛋糕里，裝下更豐富的口感和營(yíng)養(yǎng)。

Chiplet：用“樂(lè)高積木”拼出高性能芯片

如果說(shuō)CMOS 2.0是在“精雕細(xì)琢一塊蛋糕”，那Chiplet就是“用積木拼出復(fù)雜玩具”。我們先想想傳統(tǒng)大芯片的困境：一塊能滿足AI計(jì)算、多任務(wù)處理的高端芯片，面積可能達(dá)到400平方毫米，用5nm工藝制造時(shí)，只要其中一個(gè)小區(qū)域有瑕疵，整個(gè)芯片就報(bào)廢了——這也是為什么高端芯片越來(lái)越貴，因?yàn)榱悸蕦?shí)在太低，5nm大芯片的良率甚至不到50%。

Chiplet的出現(xiàn)，就是把這種“整塊廢”的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。它的邏輯很簡(jiǎn)單：

把原本完整的大芯片，拆成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的“小模塊”（功能裸片），每個(gè)模塊只干一件事——有的專門(mén)負(fù)責(zé)計(jì)算，有的專注存儲(chǔ)，有的管外部接口。這些小模塊可以用不同工藝制造：比如計(jì)算模塊用最先進(jìn)的5nm工藝保證性能，接口模塊用成本更低的12nm工藝就夠了；甚至可以由不同廠商生產(chǎn)，最后再通過(guò)2.5D中介層（類似積木的連接件）或者3D堆疊技術(shù)，把這些小模塊裝到同一個(gè)“外殼”里，再靠UCIe（通用芯粒互連）這種“通用卡扣”，讓模塊間能快速傳遞數(shù)據(jù)。

那么，兩種技術(shù)差在哪呢？

CMOS 2.0追求的是“極致優(yōu)化”，而Chiplet追求的是“靈活實(shí)用”。它們之間的區(qū)別，可以從“一本書(shū)”和“活頁(yè)本”說(shuō)起：

CMOS 2.0所有功能都在“同一塊芯片里”，那些垂直堆疊的功能層，就像在同一本書(shū)里做的立體夾頁(yè)，夾頁(yè)和正文的距離只有幾毫米（對(duì)應(yīng)芯片里的納米級(jí)），靠“隱形裝訂線”（3D互連）緊緊連在一起，翻頁(yè)找內(nèi)容（數(shù)據(jù)傳輸）不用打開(kāi)另一本書(shū)，速度自然快。而Chiplet是把多個(gè)獨(dú)立芯片（功能裸片）拼在一起，就像多本書(shū)組成的活頁(yè)筆記本，每本書(shū)（裸片）是獨(dú)立分冊(cè)，靠活頁(yè)夾（封裝技術(shù)）裝在一起，冊(cè)與冊(cè)之間距離有幾厘米（對(duì)應(yīng)芯片里的毫米級(jí)），找內(nèi)容得靠“書(shū)簽索引”（UCIe接口），雖然靈活，但傳遞效率不如同一本書(shū)里的夾頁(yè)。

不是“二選一”，而是未來(lái)芯片的“左右腿”

很多人可能會(huì)覺(jué)得，CMOS 2.0和Chiplet是競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，但實(shí)際上，它們更像是芯片行業(yè)的“左右腿”——一個(gè)解決“性能極限”問(wèn)題，一個(gè)解決“成本可行性”問(wèn)題，未來(lái)會(huì)一起推動(dòng)芯片技術(shù)往前走。

CMOS 2.0的價(jià)值，在于打破了“平面縮放”的限制。當(dāng)晶體管尺寸快要摸到1nm的物理極限，往垂直方向堆疊功能層，就像在同樣大小的土地上蓋高樓，能裝下更多功能。

而Chiplet的意義，在于降低了先進(jìn)技術(shù)的門(mén)檻?，F(xiàn)在7nm工藝的成本比14nm高40%，3nm更是直接翻倍，很多廠商根本用不起。但有了Chiplet，廠商不用整顆芯片都用先進(jìn)工藝，只要核心模塊用高端工藝，其他模塊用成熟工藝就行，開(kāi)發(fā)成本能降30%。這也讓更多行業(yè)能用上高性能芯片，比如智能汽車、工業(yè)機(jī)器人，不用再為“整塊高端芯片”的高價(jià)發(fā)愁。

未來(lái)我們很可能看到這樣的場(chǎng)景：一塊高端AI芯片，核心的計(jì)算部分用CMOS 2.0技術(shù)做多層堆疊，追求極致的運(yùn)算速度；而外圍的存儲(chǔ)、接口模塊，用Chiplet的方式組裝，控制成本。就像一棟地標(biāo)性摩天大樓，核心承重結(jié)構(gòu)用最堅(jiān)固的立體技術(shù)（類似CMOS 2.0），保證大樓能蓋得高、站得穩(wěn)；而非承重的墻體、管道，用預(yù)制模塊組裝（類似Chiplet），降低成本還方便維護(hù)。

其實(shí)不管是CMOS 2.0的“多層蛋糕”，還是Chiplet的“樂(lè)高積木”，最終的目標(biāo)都是讓我們的電子設(shè)備更好用。半導(dǎo)體行業(yè)的創(chuàng)新從來(lái)不是“一條路走到黑”，而是在不同思路的碰撞中找到新方向，而這兩種技術(shù)，無(wú)疑會(huì)是未來(lái)幾年芯片領(lǐng)域值得關(guān)注的“破局者”。