2.5D和3D封装主要区别在于芯片的空间排列不同

Chiplet技术可将不同工艺和功能的芯片进行异质集成。这种技术设计的核心思想是先分后合，即先将单芯片中的功能块拆分出来，再通过2.5D或3D等先进封装方式将其集成为大的单芯片。2.5D和3D封装的主要区别在于是否有芯片与芯片在垂直方向上的连接。2.5D封装形式中，芯片的排列主要在RDL、高密度基板或Interposer上进行平面排布；3D封装形式中，芯片的排列包含了芯片在垂直方向上的堆叠，芯片与芯片之间直接进行键合。2.5D封装与3D封装形式一般结合使用以满足系统设计的要求。

图表2：2.5D和3D封装的主要区别在于是否有芯片与芯片在垂直方向上的连接

制程越先进且面积越大的SoC芯片，Chiplet封装的成本优势越明显

先进制程、大面积、高产量下，Chiplet集成相对于SoC具有显著优势。如果仅考虑生产中的重复性工程费用（RE cost），制程提升后硅片缺陷导致的成本占比逐渐提升，5nm下800mm²的单片系统中，硅片缺陷导致的成本占比达50%以上，因此多芯片整合能节省更多成本。将一次性工程费用（NRE cost）考虑在内后，以800mm²的单片系统、2 Chiplet为例：14nm制程、50万产量时，由于模块整体面积较大，D2D接口和封装等一次性开支占比较小，但是对于每个Chiplet来说，存在诸如掩模等较高的固定一次性开支，导致Chiplet集成相对SoC并没有成本优势。在5nm制程下，当产量达到200万时，Chiplet集成的成本优则开始显现。当系统面积更大时，随着产量增加，Chiplet成本优势将更早显现。

突破SoC面积限制，Chiplet可在一定程度上缓解“存储墙”问题

Chiplet能够突破SoC单芯片的面积制约，是系统算力的关键支撑。受步进式光刻机单次曝光区域大小限制，当前SoC单颗芯片的极限面积通常为800-900mm²，制约了单芯片系统总算力的提升，而采用Chiplet技术将多颗芯粒进行2.5D/3D集成，或将突破单颗SoC的面积限制。

Chiplet能够提升通信带宽，缓解“存储墙”问题。传统冯·诺依曼计算架构瓶颈下，计算系统算力同时受“功耗墙”“存储墙”和“I/O墙”制约。在存储系统中，从外部存储、内部存储、高速缓存到处理器，响应速度不断增快，存储容量不断减少。其中，高速缓存介于内存和处理器之间，缓解二者速度不匹配的矛盾，按照速度递减、容量递增的顺序可分为L1、L2和L3三部分。层层递减的响应速度，加之存储和互连带宽的发展速度远落后于处理器的计算算力，在数据频繁的交换过程中，由通信带宽和延迟构成的“存储墙”就成为了限制算力的瓶颈。Chiplet采用高密度、高速封装和互连设计，将处理器核心和存储芯片通过3D堆叠技术等进行组合封装，提升了计算和存储、计算和计算之间的通信带宽，缓解“存储墙”问题，提升了芯片算力。

但Chiplet在功耗、散热和面积上可能存在一些取舍

Chiplet性能突出，但在PPA上面临一定的取舍。1）系统通信增加功耗：在Chiplet封装中随着堆叠的芯片数量增加，系统愈发复杂，用于芯片之间通信的损耗增加，因此会产生一定的功耗。2）狭小的空间对系统散热提出了挑战：芯片堆叠后，尤其是在3D堆叠中，芯片在工作中产生的大量热量，在芯片之间间隔明显减小的情况下，对系统散热设计也提出了较高的挑战；3）成熟制程下Chiplet成本优势不明显：随着芯片面积增加，Chiplet成本优势才开始显现，但是在14nm制程下这种优势并不显著。在5nm制程下，当芯片面积大于700mm²时，Chiplet才开始具有显著成本优势。对于小面积的单芯片，Chiplet并非最优解。对于成熟制程和小面积SoC而言，目前采用chiplet技术的成本可能远超单颗SoC的成本。