在科技的进步中,芯片一直是支撑力量。从1986年以来,多核设计和半导体工艺的突破使得芯片性能持续提升、功耗不断降低。但自2015年起,摩尔定律放缓之声日渐响亮,而数据中心和人工智能(AI)的兴起对芯片提出了更高要求。
为了满足这些需求,我们需要关注先进封装技术。那么,这些先进封装技术为什么受到了如此广泛的关注?
首先,从16nm到7nm,晶圆制造成本显著上升,但数据中心和AI应用对算力、功耗以及内存带宽都有更高要求。巨大的市场需求促使业界寻求解决方案,如台积电宣布进入封装领域,其2D及3D封装技术涵盖了手机、服务器以及网络等多个方面。而格罗方德虽然暂时停止了7nm后续工作,但他们也看到了先进封装技术未来的重要性。
其次,对于英特尔而言,它作为垂直集成的IDM厂商,可以从晶体管到系统层面的整合,在封装技术方面自然拥有优势。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,先进封装是迎合多元化计算时代需求,可以通过2D及3D堆叠提升性能并减少功耗。而院士兼技术开发部联合总监Ravi Mahajan强调了AI与大数据驱动力的重要性,并指出未来3D堆叠将不会仅限于这两个领域。
再者,从传统水平(2D)集成到垂直(3D)堆叠,每一次创新都是为了提高性能并缩小体积。不过随着功能增加和体积增大,这种方式不仅加剧了设计、测试以及制造难度,也增加了成本且拖慢产品上市速度。在这种情况下,以英特尔为代表的一些公司推出了逻辑芯片3D堆叠方案——Foveros,它可以直接将不同IP或不同工艺的小芯片垂直堆叠在一起,大幅度降低成本并加速产品上市。
为了构建高密度多核心处理器(MCP),需要一些关键基础技术来解决带宽、功耗以及I/O问题。除了Foveros之外,英特尔还拥有EMIB、高密度互连桥;Co-EMIB,可实现单晶片级别的互连效率;ODI,全方位互连接接口,为跨层通信提供稳定的电力传输;MDIO,一种针脚接口,更高效地实现数据交换。此外,不同应用可能会选择不同的组合使用这些微缩方向以最大化资源利用率。
然而,与此同时,还存在着使用3D封裝技術面临的一些挑战,比如散热问题,以及串扰应力等因素。这意味着即便我们能够通过精准调优顶层和底层裸片,同时考虑其他复杂因素去开发一个基于三维结构的产品,该过程仍然极其复杂,而且对于定制化设备来说尤为棘手,因为它涉及统一设计整个硅基板上的许多小型微电子设备。这也意味着二维或者二五维材料可能成为一种更好的解决方案,而不是立即跳入三维结构。在这个背景下,我们不得不深思是否真的需要采用这种新的包容方法,以及如果采用,那么我们应该如何克服它所带来的挑战?