臺(tái)積電，三星持續(xù)攻克高端芯片制程，從5nm到4nm，再往下發(fā)展的3nm也在今年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，然后到2025年量產(chǎn)2nm，甚至三星已經(jīng)規(guī)劃了2027年造出1.4nm芯片?？呻S著芯片制程的不斷發(fā)展，越往下越難突破。

    如果使用先進(jìn)封裝，或帶來更多的性能提升。業(yè)內(nèi)對(duì)先進(jìn)封裝芯片有怎樣的探索呢？先進(jìn)封裝能延續(xù)摩爾定律嗎？

先進(jìn)封裝芯片的探索

    芯片遍布生活中的各個(gè)角落，在一些領(lǐng)域?qū)π酒闹瞥淌怯泻艽笠蟮?。比如智能手機(jī)產(chǎn)品，市面上的高端旗艦手機(jī)幾乎都搭載5nm，4nm制程的處理器。

    指甲蓋大小的芯片就能集成上百億根晶體管，在有限的手機(jī)主板面積中發(fā)揮強(qiáng)勁的性能表現(xiàn)。由于手機(jī)主板面積非常寶貴，所以要想提升芯片的性能，在同樣的芯片尺寸范圍內(nèi)，只能提高芯片制程工藝，增大晶體管密度，讓芯片容納更多的晶體管。

    只是未來的芯片制程會(huì)越來越難突破，而且成本也會(huì)增加。那么有沒有既能節(jié)約成本，又能確保芯片性能提升的方式呢？

    或許先進(jìn)封裝是一個(gè)方向。用先進(jìn)的封裝技術(shù)來改變芯片搭載，布控方式。行業(yè)內(nèi)探索的“芯?！薄靶酒询B”等技術(shù)其實(shí)都是先進(jìn)封裝的一種。而根據(jù)形式類別的不同，會(huì)分為平面的2D和立體的3D封裝技術(shù)。

    臺(tái)積電已經(jīng)在大力探索先進(jìn)封裝，并幫助客戶成功造出全球首顆3D封裝芯片。大致來看，臺(tái)積電是幫助名為Graphcore的廠商生產(chǎn)出IPU芯片，芯片的名稱為“Bow”。

    Bow單個(gè)封裝芯片中集成了600億根晶體管，而且采用的是7nm工藝制程。如果是傳統(tǒng)的單顆芯片，7nm能集成幾十億根晶體管已經(jīng)很不容易了，可以說是突破7nm極限了。

    就算是5nm制程，市面上主流的芯片也僅僅集成一百多億根晶體管。能做到600億根晶體管的密度，完全得益于先進(jìn)封裝技術(shù)的支持。

    那么這是怎樣的芯片封裝技術(shù)呢？其實(shí)使用的是臺(tái)積電SoIC-WoW技術(shù)，通過將兩顆裸片上下疊加，上面的裸片負(fù)責(zé)供電和節(jié)能，下面的裸片保障運(yùn)算和處理。在兩顆裸片的3D封裝效果下，性能疊加，算力和吞吐量都有所提升。

    其實(shí)這只是臺(tái)積電先進(jìn)封裝技術(shù)的其中一項(xiàng)探索，還有為蘋果公司生產(chǎn)的M1 Ultra采用的是InFO-LSI 封裝。

    從芯片布局來看，是屬于2D封裝技術(shù)，兩顆芯片被左右連接在一起，而非上下疊加。但帶來的提升效果也是很明顯的，M1 Ultra的晶體管數(shù)量高達(dá)1140億根。

    臺(tái)積電不僅僅掌握全球領(lǐng)先的芯片制程工藝，而且在先進(jìn)封裝產(chǎn)業(yè)上也進(jìn)行了很深入的探索，成為先進(jìn)封裝行業(yè)的巨頭。SoIC-WoW，InFO-LSI等封裝技術(shù)的運(yùn)用充分說明這條道路的可行性，只要臺(tái)積電堅(jiān)持發(fā)展下去，和行業(yè)伙伴們一起共研共創(chuàng)，想必能開創(chuàng)新的先進(jìn)封裝產(chǎn)業(yè)格局。

先進(jìn)封裝能延續(xù)摩爾定律嗎？

    在傳統(tǒng)的芯片制造路徑中，是通過頂級(jí)的EUV光刻機(jī)，配合芯片制造商頂級(jí)的制程技術(shù)，造出高端制程芯片。

    只是不難發(fā)現(xiàn)，芯片制程工藝的突破速度已經(jīng)放緩了。臺(tái)積電在過去幾年可以做到一年推出一代工藝，但是在2023年，臺(tái)積電說好的3nm遲遲沒有量產(chǎn)。三星已經(jīng)量產(chǎn)出3nm，臺(tái)積電卻始終沒有動(dòng)靜。

    還有消息稱臺(tái)積電是因?yàn)槌杀具^高，舍棄了初代3nm的工藝。不管情況到底如何，臺(tái)積電今年能否量產(chǎn)出3nm，都釋放出一個(gè)信號(hào)，那就是臺(tái)積電已經(jīng)在放慢芯片制程突破的腳步了。

    即便今年量產(chǎn)出3nm，也需要兩三年以后才能量產(chǎn)2nm，中間用數(shù)代3nm工藝升級(jí)版來填補(bǔ)制程空白。

    這樣的表現(xiàn)和摩爾定律的核心觀點(diǎn)是不符的，摩爾定律指出，集成電路可容納的晶體管每隔兩年會(huì)翻倍。簡(jiǎn)單來說就是芯片制程可以持續(xù)突破，沒有盡頭。

    業(yè)內(nèi)傳出不少摩爾定律終結(jié)的消息，那么先進(jìn)封裝能延續(xù)摩爾定律嗎？從理論上來看 ，其實(shí)是有可能的。

    因?yàn)楹隙橐坏男酒菜阕饕粋€(gè)整合，兩顆被疊加組合使用的芯片有更大的芯片上限。甚至在智能汽車，顯示器等大型終端設(shè)備中，可以容納面積更大的芯片產(chǎn)品，不需要像智能手機(jī)終端一樣，將芯片面積局限在有限的大小。

總結(jié)

先進(jìn)封裝正在成為臺(tái)積電，三星等行業(yè)巨頭積極探索的方向，用先進(jìn)封裝技術(shù)造出各類芯片，滿足多樣化的市場(chǎng)需求。當(dāng)然，先進(jìn)封裝技術(shù)下如何解決芯片功耗，散熱問題也需要下功夫，就看巨頭們的表現(xiàn)了。