封装对于集成电路来讲是最主要的工具,先进的封装方法可以显著地帮助提高IC性能。了不起的是,这些技术中有许多已经足够成熟,而且已经存在足够长的时间,现在甚至连初创公司和大学都可以使用它们。
虽然这些技术中已经被代工厂所采纳,但最新最有前途的一项技术——chiplets,还不成熟。英特尔的Ramune Nagisetty表示,对于提高技术水平,目前最缺的是在先进封装中混合和匹配硅元件创造更标准化的接口。这样做的目的可以降低在这个生态系统中发挥作用的障碍。
启和科技流程和产品集成总监Nagisetty是英特尔的封装专家;英特尔作为美国先进半导体工艺技术的最后堡垒之一,他们认为先进的封装技术将作为未来发展的关键技术之一。Nagisetty表示,英特尔对其每一个封装载体都有一个技术路线图,就像它一直对工艺技术有路线图一样。
封装一直是半导体行业没有多大吸引人的领域,但大约15年前,它开始走向舞台,封装技术可能成为一个性能瓶颈,但只要稍加创新,不仅可以避免这个瓶颈,而且新的封装方法可以提高IC性能。
英特尔这样做已经有一段时间了。据Nagisetty介绍,为了提供异构芯片的高密度互连,英特尔在2008年提出了嵌入式多芯片互连桥接技术(EMIB)技术。
EMIB是2.5D技术的一个变种。2.5D封装的常用方法是使用硅中介层,它是夹在两片芯片之间的一层带孔的硅。英特尔认为中介层有些太大,所以它的EMIB使用了一个有多个路由层的桥接器。
Nagisetty:“新技术在开始使用之前需要一个临界点,”转折点是基于神经网络的人工智能架构。 “这是很重要的一点——它显示了神经网络的可行性,并且在封装内产生了加速器和高带宽内存——这为将内存嵌入封装内奠定了根基。”
英特尔于2014年首度发表EMIB,表示该技术是2.5D封装的低成本替代方案
如今在传统半导体工艺微缩技术变得越来越复杂且昂贵的此刻,像EMIB这样能实现高性能芯片组的低成本、高密度封装技术日益重要。台积电(TSMC)所开发的整合型扇出技术(InFO)也是其中一种方案,已被应用于苹果(Apple) iPhone的A系列处理器。
英特尔一直将EMIB幕后技术列为“秘方”,包括所采用的设备以及在芯片之间打造简化桥接的方法;不过该公司打算将AIB变成一种任何封装技术都能使用、连接“小芯片”的标准接口,以催生一个能支持自家产品的零件生态系统。
从历史上看,半导体行业的总体发展将越来越多的功能集成到芯片上,但对于一些先进集成电路设计来说,这或许是不可能的。
首先,一个公司不可能把一些应用程序所需的所有电路放在一个巨大的模具上,从生产的角度来看,模具的尺寸是有限的。
Nagisetty指出:“推动这一趋势的第二点是,重复使用的设计成本不断上升,以及特定技术节点对IP可移植性的需求。”无论是针对移动设备还是高性能,逻辑技术正变得越来越专业化,在先进集成电路设计中,几乎不需要在相同的技术节点上实现SerDes。更重要的是,有可能将某一项技术(例如SerDes)定制为一个技术节点。
Nagisetty引用了Intel Stratix FPGA的例子:有一个Stratix FPGA菜单,在六个不同的技术节点上执行,可从三个不同的工厂获得。“我认为Stratix是第一个达到每秒58千兆字节的产品。”“它使我们更具竞争力,并率先以高速SerDes进入市场。”
使用高级封装的第三个原因是获得敏捷性和灵活性。“对于不同技术,chiplets在混合和匹配的价值正变得越来越明显。”
Nagisetty表示,英特尔的Kaby Lake G和Lakefield产品就是两个很好的例子。
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