每一次科技的飞跃,都离不开芯片的支持。尤其是在数据中心和人工智能的时代,这两项技术对芯片的要求越来越高。在这个背景下,先进封装技术成为了众多专家和企业关注的焦点。那么,为什么先进封装技术在数据中心和AI领域如此重要呢?
首先,我们需要认识到,在过去,芯片性能提升主要依靠半导体制造工艺的不断进步。但随着16nm、10nm等工艺制程成本激增,并且难以再进一步降低功耗时提高性能,而数据中心和AI应用对算力、能效以及内存带宽提出了更高要求,这就迫使业界寻求新的解决方案。
台积电作为晶圆代工厂的一员,不仅投入了大量资源于先进制造工艺,还宣布进入封装领域,其2D与3D封装技术涵盖了从手机到服务器甚至是AI系统的大范围市场需求。而格罗方德虽然暂停了7nm后续工作,但他们也看到了未来先进封装技术将发挥作用的人类社会中大数据与认知计算时代所需。
英特尔作为垂直集成型IDM厂商,有着独特优势,他们可以实现从晶体管到整个系统层面的集成,因此在封装技术方面自然占据了一席之地。英特尔集团副总裁兼封装测试技术开发部门总经理Babak Sabi表示,先进封装技术正迎合多元化计算时代,以2D、3D等不同方式提升芯片性能并减少功耗。
然而,对于如何满足这些更高性能需求,简单地提升半导体制程已经无法完全解决问题。这就是为什么从水平(2D)层面集成更多芯片,以及推动3D堆叠封装概念被提出。2018年12月,英特尔展示了逻辑芯片3D堆叠Foveros方案,可以在水平布置的小芯片上垂直堆叠更多面积更小、功能更简单的小芯片,从而提升功能和性能,同时缩短产品上市时间。
为了构建高密度多核处理器(MCP),需要一些关键基础技术来解决带宽、功耗以及I/O的问题。除了Foveros外,英特尔还拥有EMIB、高密度互连桥;Co-EMIB,让两个或多个Foveros元件相互连接;ODI,全方位互连,它利用大的垂直通孔直接供电,从而提供稳定传输并释放更多空间;MDIO,是一种针对接口设计优化后的新一代接口标准,将传统AIB替换为能够实现更小连接区域内更高带宽通信能力。
未来,无论是单纯提升工艺还是采用三维栈式结构,只要成本低于重新设计新架构,则选择前者显然更加经济实惠。此外,与单一微缩方向相比,将不同微缩方向结合使用,如全局横向互连、三维全方位互联,可获得最佳结果,因为它们共同协作形成一个强大的平台,使得任何单一方法都无法复现相同效果。此外,由于定制化本身就比较复杂,要想通过3D栈式结构进行有效定制则必须精准调优顶部裸皮与底部裸皮,同时考虑散热问题等因素,这是一个极其复杂的问题待解答。