吕乃基，系统科学学报，2024年第一期。引用请注明出处。

拙文系业外人士跨界习作，敬请业内人士指教，幸勿拍砖。

2.弯道超车？

芯片业近日的亮点之一是，小芯片和先进封装的发展形式异军突起，与传统芯片制造和设计的一大区别是，采用异构形式，制造不同架构的芯片。有业内人士认为，此即弯道超车，虽然中芯国际的高管不这么认为。

中国首个原生小芯片技术标准日前正式发布，表明国内芯片产业开始出现统一的技术，可以促进产业的规范和快速发展，有可能发展成为以后的行业标准，有助于打造国内芯片产业的软件和硬件生态。中国拥有世界上最大的芯片市场，因此国外厂商将会陆续适配小芯片标准，加入并推进由此形成的生态。

小芯片技术将可能是未来芯片产业的一个方向，是芯片产业从同构走向异构的必经之路，也会是今后芯片巨头之间竞争的关键地带。

以往的芯片是同构芯片，芯片性能的提升非常依赖制造工艺，制造工艺越先进，就可以集成更多的晶体管，用同样空间内增加晶体管数量，来换取芯片性能的提升。由于台积电在7纳米开始便掌握了先进工艺的主动权，以及制造此类先进工艺的芯片所需要的光刻机，只有ASML可以提供，所以台积电和ASML开始成为行业“明星”，继续按摩尔定律发展。然而，在某种意义上，单纯依赖先进工艺有线性思维之嫌，非唯一，或许亦非最佳之途。ASML高层也表示，光刻技术似乎已经走到了尽头。

小芯片的技术标准，不是依靠晶体管的数量来提升芯片性能，而是依靠异构的优势，用不同架构的小芯片，最终利用先进封装技术，形成一颗“大芯片”。

利用小芯片技术，将“大芯片”中的很多功能“模块”设计成由一个个独立的小芯片来完成，它们可以分别采用不同的架构和制造工艺，而不是像“模块”那样都要采用相同的架构和制造工艺。

针对不同的“模块”所具备的功能，可以有针对性的采用更适合的架构，再采用不同的工艺，往往并不都需要采用先进工艺，可以大幅降低成本，同时因为架构的原因，性能上依然强劲。相对于按摩尔定律的线性发展而言，小芯片技术另辟蹊径，走的是灵活多样的非线性发展道路。虽然如此，能否算得上是，以及能否“弯道超车”，尚有待观察。

反过来看台积电同构“大芯片”的“弱点”。虽然3纳米工艺的晶体管密度比5纳米提升了70%，但实际上的性能提升只有10%到15%。关键是3纳米工艺下的SARM的密度，只比5纳米提升了约5%。SRAM是静态随机存储器，是芯片中的高速缓存。缓存的大小其实更能决定一颗芯片的性能。性能的提升幅度，与成本已经严重不成正比。

对于苹果、三星等手机巨头来说，供应商清一色的同款芯片，已无法满足他们性能升级、产品差异化、生态壁垒等的需求。 

高制程芯片也有弱点，如抗干扰能力差等，这些问题出现在手机中不一定出大错，可若是出现在军事设备中，极有可能造成无法挽回的损失。发挥稳定、在极端情况下不掉链子更重要，所以制程略低、性能过硬的芯片成为各国军事领域的首选。

另有报道称，未来整个晶体管可能被预制为一个分子（molecule）。通过定向自组装 (DSA：directed-self-assembly) 的制程被带到在芯片中的精确位置。可以联想到 COVID 病毒如何使用其尖峰来寻找并化学停靠在特定人类细胞表面的确切位置。 

一个可能引发的问题是，在越来越高的统一制程硬件基础上开发的软件可以彼此兼容，在众多异构和个性化硬件基础上开发的软件，是否需要，以及如何做到相互兼容？

芯片为各色软件提供了用武之地，反过来，其本身的设计又需要软件的支撑（不是上文提及的“促逼”关系）。专用软件EDA (Electronic Design Automation) 专用来辅助芯片设计。在 EDA 诞生之前，芯片远没有现在这么精细复杂，设计芯片靠手绘或一些基础设备就可以完成。

现在不一样了。天数智芯物理设计经理郑长春表示：“芯片设计是一个非常复杂的流程，有的芯片集纳几百亿个晶体管，它的物理实现、功耗分析、物理验证等都只能依靠 EDA 工具。EDA 只有百亿美元市场规模，撬动的却是万亿美元规模的芯片市场，就像咽喉（脖子）一样，虽然很小，但能决定人的生死。”EDA处于芯片设计产业链的上游，“谁掌握了 EDA，谁就有了芯片领域的主导权”。

没有哪个厂商愿意使用一款盗版 EDA 软件来研发芯片（文献6）。对于 EDA 公司来说，想研发一款能挤进整个产业生态的软件，绝非易事。如果说芯片是“脖子”，那么EDA可以说是脖子的“脖子”。