广告

芯片堆叠可望突破摩尔定律困境?

2019-07-16 14:33:21 Rick Merritt 阅读:
「摩尔定律」正日益接近经济效益的终点。但Semicon West的业界专家认为,封装工程师将以创新芯片堆叠各芯片成为更强大的装置,从而扭转这一困境…

设计和制作芯片封装的工程师成为今年Semicon West备受瞩目的焦点。封装工程师的工作通常较鲜为人知,但他们现在必须随时待命,以协助推动如今更为分歧的半导体技术蓝图持续前进。pv2ednc

在Semicon West发表演说的主讲人指出,「摩尔定律」(Moore’s law)日益接近经济效益的终点,在追逐尺寸更小、成本更低但更快速的芯片发展道路上,它所能带来的投资报酬率正持续递减中。透过封装工程师的巧思,可望以创新的方式将各个芯片堆叠成更强大的装置,同时有助于扭转这一困境。pv2ednc

目前正为新的半导体发展蓝图监督芯片堆叠任务的资深工程教育家兼企业家Bill Bottoms说:「整合就是未来。」(Integration is the future.)据他估计,设计传统的5nm芯片成本可能高达6亿美元,而且「这并无以为继」。pv2ednc

为了克服这一困境,来自英特尔(Intel)和台积电(TSMC)的工程师以及一项政府研究计划进一步描述了目前的封装技术进展以及未来的挑战。他们期望打造像乐高(Lego)积木一样可相互进行模块化组装的一系列「小芯片」(chiplet),为其定义标准接口,并推动其互连至10微米甚至更小。pv2ednc

英特尔模块工程总监Rahul Manepalli列出了一些现有的重大挑战:pv2ednc

  • 互连接口必须进一步缩小,让每平方毫米可达到超过250个I/O。
  • 需要新材料以实现更高的讯号传输速度以及不至于在压力下翘曲的链路。
  • 芯片堆叠中所使用的玻璃和有机面板需要标准尺寸。
  • 封装需要采用目前晶圆厂所使用的阻障层。
  • 封装制造商需要采用晶圆厂使用的严格制程控制以及自动化技术。

他说:「封装最终看起来将会越来越像晶圆产线后段制程中所采用的铜对铜互连。」pv2ednc

Manepalli指出,最近业界积极聚焦于封装技术的行动「令人振奋」。他在取得半导体封装相关的博士学位后,已在英特尔钻研此领域约20年了。他曾经协助设计了英特尔的嵌入式多芯片互连桥接(EMIB),这是该公司迄今在芯片堆叠方面所取得的重大成就。pv2ednc

英特尔至今已经出货了超过1百万台使用EMIB的装置,在FPGA与串行解串器(serdes)之间或PC处理器和GPU之间建立桥接。讽刺的是,这项工作最初是针对智能型手机SoC而开发的。pv2ednc

今年稍晚,英特尔将会推出代号为Lakefield的笔记本电脑芯片,该芯片采用另一项称为Foveros的新芯片堆叠技术,可将两块芯片面对面连接起来。英特尔的目标是在2020年底,将EMIB和Foveros这两项技术结合起来,以打造更强大的多芯片堆叠。pv2ednc

028ednc20190711pv2ednc

台积电勾勒未来的芯片互连和封装技术动态。(来源:TSMC)pv2ednc

台积电、DARPA分享芯片堆叠蓝图

台积电也和英特尔一样,对于结合前段与后端晶圆厂技术抱持长远的看法,期望该技术组合可用于打造一种涵盖任何应用的各种3D堆栈。为了达到这一目标,台积电至今已经为特定市场开发至少8种新的封装组合了。pv2ednc

台积电负责封装研发的处长余国宠(K.C. Yee)介绍目前的封装技术选项,包括为Nvidia和Xilinx等公司打造的2x CoWoS绘图芯片,以及为苹果(Apple)和其它公司提供的更低成本智能型手机方案。pv2ednc

在中介层技术上市的五年来,台积电已经为客户投片超过50种CoWoS设计了。拥有20年封装技术经验的Yee在2011年加入台积电,当时正值该公司全力冲刺芯片堆叠技术之际。pv2ednc

029ednc20190711pv2ednc

台积电为各种手机组件定义不同的InFO技术(来源:TSMC)pv2ednc

不过,英特尔、台积电等巨头可能还需要几年的时间才能开发出更成熟的产品,并在标准方面达成共识。为了实现这一目标,Andreas Olofsson开始负责一项美国政府的芯片堆叠研究计划。pv2ednc

Olofsson说:「过去一年半以来,我们一直在讨论串行与平行连接的优缺点。」不过,他强调,政府研究计划终究「不是推动标准的组织......我们主要任务在于探索如何权衡折衷,但并不会建立标准——标准必须来自于产业界。」pv2ednc

然而,这个由9家公司和3所大学组成的组织开始取得了进展。英特尔为EMIB的物理层互连接口——先进接口总线(AIB),发布了规格和参考设计。Olofsson说:「对此感兴趣的任何人都可以很快地启动并执行,因为它提供了完整的记录。」pv2ednc

英特尔将在今秋推出Stratix X FPGA,透过55微米铜柱凸块技术的EMIB连接至Jariet的64GSample/s雷达芯片。Olofsson说,这项成果将展现「打造最强大雷达芯片的最低成本方式」。pv2ednc

这项计划还包括其他研究,美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)展示其打造10微米互连技术的进展。Lockheed Martin公司并对其板卡设计所需的小芯片类型进行了分析。pv2ednc

同时,还有21个技术工作小组已经为一项芯片堆叠开发蓝图发表大约10个章了。Bottoms说,这份产业开发蓝图预计将在今年年底前完成。pv2ednc

明年,该工作小组还将听取来自全球工程师的反馈意见,并在21个团队之间启动合作计划。pv2ednc

Bottoms说,这项任务「已经刺激了一些竞争前的合作,而且还将加速进展。」pv2ednc

例如,一项研究200mm和300mm晶圆的计划发现具有1mm翘曲的芯片可实现容许的良率范围,但接近5mm翘曲的芯片则否。「我们花了好几年的时间才把这项计划结合在一起,」他说。pv2ednc

Bottoms预测,业界正在酝酿一波采用微型系统级封装(SiP)组件的趋势。例如,最新型的Apple Watch就是至今即将推出的少数几例SiP产品之一。pv2ednc

如今大多数「主要的系统公司都有多项SiP计划进行中。你将会在今年看到更多这一类的产品,而且预计在未来的两三年后将无处不在。」pv2ednc

(原文发表于ASPENCORE旗下EDN姐妹媒体EETimes,参考链接:Chip Stacks Hit Semicon Spotlight,编译:Susan Hong)pv2ednc

 pv2ednc

本文为电子技术设计原创文章,未经授权禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
Rick Merritt
EE Times硅谷采访中心主任。Rick的工作地点位于圣何塞,他为EE Times撰写有关电子行业和工程专业的新闻和分析。 他关注Android,物联网,无线/网络和医疗设计行业。 他于1992年加入EE Times,担任香港记者,并担任EE Times和OEM Magazine的主编。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 华盛顿大学首创用人体热能为可穿戴电子设备供电 从健康和健身追踪器到虚拟现实设备,可穿戴电子产品已成为我们日常生活的一部分,但找到持续为这些设备供电的方法是一项挑战。华盛顿大学的研究人员开发了一种创新的解决方案:首创的柔性、可穿戴热电设备,可将体热转化为电能。
  • 深圳允许完全自动驾驶车辆上路,主驾无需坐人 据EDN电子技术设计引援央视财经报道,从8月1日开始,《深圳经济特区智能网联汽车管理条例》正式实施,智能网联汽车列入国家汽车产品目录或者深圳市智能网联汽车产品目录,这也让深圳成为了国内首个允许L3级别自动驾驶车辆合法上路的城市。
  • 理想ONE高速起火烧成光架,其1.2T三缸增程器曾被指隐藏 近期,网络平台上发布了一段理想ONE在行驶过程中,车辆出现起火的视频内容。现场拍摄的灭火后图片显示,该轿车过火后仅剩骨架,车辆前部增程器位置受损严重,车辆尾门已经在过火后从车身主体脱落。此前,曾有国内汽车媒体对一台行驶了10万公里的理想ONE的东安1.2T三缸增程发动机进行拆解,被指隐藏暗病。
  • 上海微系统所使用石墨烯纳米带研制出世界上最小尺寸的 非易失性相变随机存取存储器(PCRAM)被认为是大数据时代新兴海量存储的有希望的候选者之一。然而,相对较高的编程能量阻碍了 PCRAM 中功耗的进一步降低。利用石墨烯的窄边接触可以有效降低每个电池中相变材料的活性体积,从而实现低功耗运行。
  • 可解决工业自动化和IIoT挑战的MCU 工业自动化和工业物联网(IIoT)设计人员的性能要求不断变化。就MCU而言,他们希望获得更快的处理速度、更多的内存、更好的连接性和更多的安全功能。
  • 我国建成开通5G基站数达185.4万个 工信部近日透露,截至2022年6月底,中国5G基站数达到185.4万个,其中二季度新增基站近30万个,已建成全球规模最大、技术领先的网络基础设施,实现“县县通5G、村村通宽带”。。
  • 苹果发布2022财年第三财季业绩,营收829.59亿美元 Apple 今日公布了 2022 年第三财季的财务业绩。报告显示,苹果公司第三财季公布收入为 829.59亿美元,去年同期为 814 亿美元,同比增长2%;季度净利润为 194 .4亿美元,去年同期为217 亿美元,同比下降10.6%;其中,iPhone带来的营收406.7亿美元,同比增长3%。
  • 工程师开发出可以看到身体内部的贴纸 麻省理工学院的工程师设计了一种贴片,可以产生身体的超声图像。这种邮票大小的设备贴在皮肤上,可以提供 48 小时内脏器官的连续超声成像。
  • 第三代半导体——碳化硅材料之制程与分析 SiC功率电子是加速电动车时代到来的主要动能。以SiC MOSFET取代目前的Si IGBT,不仅能使电力移转时的能源损耗降低80%以上,同时也可让芯片模块尺寸微缩至原本的1/10,达到延长电动车续航里程及缩短充电时间的功效。
  • 开源软件真的可靠吗? 乍看之下,采用开源软件似乎是个不错的办法,但归根究底,开源软件有几个特性可能会使其变得“邪恶”...
  • 俄罗斯要绕过5G直接开发6G!投资300亿卢布够吗? 在全球通信技术竞争上,中国的5G发展速度遥遥领先于其他国家,更多国家开始在6G上较劲儿。今日,“俄罗斯决定绕过5G直接开发6G网络”登上热榜,引起网友热议。
  • GaN是否可靠? GaN产业已经建立一套方法来保证GaN产品的可靠性,因此问题并不在于“GaN是否可靠?”,而是“如何验证GaN的可靠性?”
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了