芯片之外的思考

英特尔将开始在其处理器中添加2.5D和3D封装，这是继IBM和AMD之后，认识到新的封装方法对于提高性能和降低功耗至关重要。

这种转变不会破坏半导体行业达到未来工艺节点的努力，也不会持续缩小功能，但它确实为其他因素增加了背景，这些因素将越来越有助于定义未来的技术进步。这些因素包括:

缩短信号在处理器、内存和I/ o之间的传输距离;
•通过使用更快的互连和改进的带宽来降低驱动这些信号的阻力，从而降低功率和热量;
•通过不同的包装选项更容易优化性能、功率和成本的能力
•通过使用在各种工艺几何上开发的零件的定制配置，缩短上市时间。

对于英特尔来说，这不仅仅是一个方向的声明。这是对自公司成立以来就定义了芯片设计的2D方法的修改。如果从过去的经验来看，它将被其他芯片制造商用作一种认可，因为它们正在向更小的几何形状迁移。

“我们将从今年开始，”Babek Sabi说，英特尔公司副总裁兼装配和测试技术开发总监。“这将是针对服务器的。为大众市场增加这一点涉及到我们和内存供应商以及其他一些人。现在有很多人在谈论这件事。我们预计，在这个十年的后半段，市场将出现下行。”

在本周的一次演讲中半萨比说，英特尔一直在研究如何最好地提高每瓦性能。他说:“我们一直在研究我们有哪些选择。”他补充说，如果没有多芯片封装，实现“真正高速的I/O”是不可能的。

资料来源:Intel/SEMI ISS

这使得SoC中各种组件的组装更加灵活，而不太关注使用相同的制造工艺将所有组件放在同一个模具上。这在高级节点上尤其成问题，由于极细的电线，RC延迟是一个日益严重的问题，导致模拟组件中的热问题、电迁移、电磁干扰、电源和信号噪声问题，并缩短了芯片的整体寿命。

英特尔已经在高层讨论了它的计划为2.5 d和3 d但该公司从未就如何计划使用其嵌入式多晶片互连桥(嵌入式多晶片互连桥是一种低成本的插入器替代品)提供时间表或见解。Sabi表示，EMIB的电阻也比硅中间体低，将用于连接CPU与其他芯片，包括Altera fpga。这将允许软件控制哪些处理在哪里进行，并在需要性能或功率更受关注时来回切换。

Sabi说:“你可以有专门的fpga或通用计算。“你也可以到处散布微型fpga。”

资料来源:Intel/SEMI ISS

英特尔绝不是开发这些先进封装芯片的唯一公司。AMD去年推出了一款2.5D显卡对于游戏来说，这是这些高性能先进封装芯片的新兴市场之一。AMD声称，该芯片的封装长度缩短了40%，运行速度提高了一倍，运行温度降低了20°C。

IBM也一直在生产2.5D和3D服务器芯片，强调性能和低功耗。在一个面试去年10月，加里·巴顿，现在的首席技术官GlobalFoundries他指出，一款2.5D芯片IBM已经开发出将模拟/混合信号芯片与ASIC芯片相结合的芯片。

具有讽刺意味的是，虽然先进的包装方法被描述为“超过摩尔”，但它们可能更准确地被标记为“摩尔定律不太为人所知的一面”。Gordon Moore在他1965年的著名论文中写道:“事实可能证明，用较小的功能构建大系统更经济，这些功能是分开打包并相互连接的。大型功能的可用性，结合功能设计和构造，应该允许大型系统的制造商快速和经济地设计和建造各种各样的设备。”

“戈登·摩尔预见到了这一点，根据定义，3D-IC/系统封装可以被认为包含在摩尔定律的原始概念中，”研究人员Greg Yeric说手臂的家伙。“我们已经看到许多早期采用者在推动这项新技术。”

来源:手臂/ IEDM

新的可能性
事实上，已经有许多公司使用新的封装方法开发芯片，包括扇出和一种被称为(至少目前是)高级扇出的新版本扇出技术。

最早采用这些新包装方法的是网络设备供应商，对他们来说性能很关键，价格也相对灵活，而最近的游戏市场，定价则是一个更大的问题。Ron Huemoeller是Amkor公司负责全球研发的副总裁，他说，许多公司采用这种包装方式的最大症结仍然是成本。但他也表示，成本方程式正在迅速改变，部分原因是规模经济，部分原因是对新中间物技术的关注。

Huemoeller说:“到目前为止，2.5D市场一直依赖于中间体价格，而且价格曲线多年来一直保持不变。”“但在2013年至2015年间，它下降了40%。”

他说，游戏市场已经能够证明这一点，因为系统级的性能优势、主板层数的减少以及图形层数的减少。

Amkor一直在开发无硅集成模块，以降低tsv的成本，作为在对价格极其敏感的移动市场获得2.5D吸引力的一种方式。“如果你拿TSV这样你就不必牺牲性能，”Huenmoller说。“降低了成本，降低了电感，获得了与非tsv插入器一样好的功率效益。”

他提到了另一个潜在的市场机会，这是从一个先死到最后死的方法。先死，也就是台积电提供，模具是粘在包装上的面。与模具最后，模具是冶金附着在模具面向下，这使得它更容易变薄。他预计这种方法将从今年开始受到关注，并持续到2018年，届时将出现3D- ic、用于逻辑和高带宽内存的2.5D tsv，以及带有晶圆级多芯片模块的3D封装对封装。

英特尔和安可都提到了面板级别而不是激光级别的芯片开发，以及大矩形而不是圆形晶圆。这在市场上的表现如何还有待观察。Yole Développement在一个报告他还表示，由PCB、平板显示器和光伏行业开发的面板级制造技术可能适用于从高端cpu到电源管理模块等各种芯片。

挑战依然存在
虽然英特尔可能能够自己管理所有的部分——制造、包装、芯片开发——但尚不清楚在先进的包装模式下，该行业的其他公司将如何发展。

“人们觉得有足够的产量和成本数据，供应链也足够好，”Huenmoeller说。

不过，并不是每个人都同意，这就是为什么有这么多不同的方法被开发出来。迈威尔公司该公司的MoChi系统包依赖于Marvell自己的一系列技术(以及嵌入式ARM核心)进行设计。海思在华为也做了同样的事情，华为是2.5D芯片的首批商业用户之一。

当涉及到这些选择时，大型晶圆代工厂更不干涉，让芯片制造商承担风险。虽然台积电的扇出技术已经获得了关注，但其2.5D封装方法仍在评估中。GlobalFoundries的包装技术也是如此。

GlobalFoundries全球设计解决方案副总裁Subramani Kengeri表示:“使用2.5D，你可以取出MEMS和传感器，并将它们放在一个单独的芯片上，但你仍然必须处理基本的可靠性问题、集成挑战、库存管理——将所有不同的部件组合在一起——以及可测试性、产量影响和问责制。”“如果出了问题，该怪谁?”

但是在最先进的节点上，特别是在性能是一个区别或先决条件的节点上，不考虑新方法也可能是一种负担。仅仅缩小功能在功率和性能方面已经不再有好处，虽然增加密度可以帮助提高性能，但如果信号必须传输的距离过长或有太多的电阻和电容，就会抵消缩小功能的好处。

同样明显的是，并非所有人都将从这些变化中受益，尽管现在判断谁将站在哪一边还为时过早。SEMI行业研究高级总监Dan Tracy在一项新的包装市场研究中指出，扇出和其他包装选项可能会对供应链造成破坏，因为薄膜金属化将消除一些基板材料，而先进的包装将减少对底填充的需求。

至少，先进的封装为半导体设计增加了另一个维度。这反过来又为我们提供了更多的选择，包括哪些部件可以组合在一起，由谁来组合，以什么价格组合，以及如何快速组合。但这也增加了这个行业的不确定性，这个行业以可靠的流程和极低的风险而自豪。