在科技的高速发展中,芯片一直是推动器。从1986年以来,多核设计和半导体工艺的进步使得芯片性能不断提升、功耗不断降低。但自2015年起,这种提升变得越来越难以实现,而摩尔定律放缓的问题也日益凸显。在这个数据为中心、人工智能(AI)兴起的时代,数据中心和AI对芯片的要求愈发高涨。
此时,先进封装技术受到了广泛关注,被寄予厚望,以满足这些新兴应用对芯片算力的需求。那么,是什么原因让先进封装技术成为解决方案呢?
在很长的一段时间里,由于晶圆制造工艺制成的突破性发展,使得芯片性能得到极大的提高,同时功耗也有了明显下降。不过,从16纳米到7纳米,我们可以看到成本大幅度上升。而对于如今以数据中心和AI为代表的应用,它们不仅需要更高性能,更要有更低成本。
巨大的市场需求促使行业寻找创新解答。台积电正是在这样的背景下宣布进入封装领域,其涵盖2D和3D,并且面向手机、小型服务器等不同市场。这不仅表明了他们将继续投入先进制造工艺,同时也展现出他们对未来先进封装技术有着深刻信心。
然而,对于晶圆代工厂格罗方德(GF)的做法则是相反,他们突然宣布停止所有7纳米后续工作,但同时也看到了未来先进封装技术所承担角色的大好前景。GF平台首席技术专家John Pellerin表示,在大数据和认知计算时代,先进封装技术正在发挥比以往更重要的地位。
不过提到先进封装,我们不能忽视英特尔这位垂直集成IDM厂商,他们能够从晶体管再到整体系统层面的集成,在封装方面自然拥有独到的优势。英特尔集团副总裁兼测试开发部门总经理Babak Sabi指出,这些新颖技巧迎合多元化计算时代,不仅通过2D、3D等多种方式提升性能,还能进一步减少功耗。
如何满足这些高度要求?
在这一过程中,最关键的是我们必须理解chipsets如何被用来支持我们的设备以及它们之间如何互联。如果你想要一个简单答案,那就是:它们需要被连接起来形成一个紧密联系的人类网络,就像人类社会一样。
为了构建这样一个网络,你需要一些基础技能,比如带宽、功率消耗以及I/O问题。
为了应对这些挑战,我们采用了一系列策略:
2D水平堆叠:增加更多功能而不会增加大小
3D垂直堆叠:通过小型化处理单元(IPs)进行垂直堆叠,以实现最高效率
全局横向互连:确保每个小型化处理单元都可以接入全局通信网络
全方位互连:允许不同的处理单元无缝地进行通信,无论其位置如何
简而言之,让我们看看英特尔是如何利用其EMIB、高密度交换模块(HBM)、Foveros 3D堆叠等创新技巧去推动这个趋势:
EMIB - 提供自由交流空间,让两个或更多的小型化处理单元直接交流,无需依赖主板上的传统线路。
HBM - 高带宽内存用于最密集部分,大幅提升速度并节省能源。
Foveros 3D堆叠 - 允许使用较小尺寸但功能强大的处理单元进行水平或垂直组合,从而增强效率并减少能源消耗。
这样的结构对于任何公司来说都是可行性的,但是它涉及复杂的问题,如散热管理、串扰控制以及应力均衡等。这意味着即便具有如此强大的潜力,一旦产品进入生产阶段仍然存在许多未解决的问题待解决。
综上所述,当谈及未来是否会出现一种能够完全替代现有所有其他类型CPU/SoC/GPU组件且独立运行自己的“超级CPU”,这是非常不可预测的事情,因为这种产品还没有出现过,也没有实际证明它可能会发生的情况。但是,如果某天真的出现了,那么那将是一个令人震惊又令人兴奋的事情!