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半導體產業,封裝如此重要!
發布時間:2018-10-24
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  現任中芯國際獨董的蔣尚義前(22)日出席研討會發表全球半導體現況,并指出大陸要在半導體領域追趕差距不能只看芯片,而是要改良整體系統層面,先進的封裝技術將成為當中關鍵。
  
  媒體報導,蔣尚義前天出席南京「2018年集成電路產業發展研討會」進行演講,針對摩爾定律、半導體現況發表看法。據悉,蔣尚義在演講時還一度因踩空而從舞臺跌落至地上,似乎有扭傷,但所幸大致無礙,蔣尚義也在臺上堅持至演講結束。
  
  對于大陸半導體產業,蔣尚義分析,由于起步較晚,大陸在半導體技術的追趕上一直都很辛苦,但仍存在趕超的機會,但需要放大眼界,不能只著眼芯片領域。
  
  領域中的重點并不僅在芯片,要從系統全面改良,有長遠眼光才能提前布局,才有趕超機會。
  
  大陸在今年中興通訊受美國禁售令制裁后,國內出現芯片能力不足的檢討聲浪,而引起各路資本開始追逐新創芯片公司,包括阿里巴巴、華為等大陸巨頭也接連發布在芯片領域的相關布局。
  
  但蔣尚義呼吁大陸業者眼光不能僅限縮在芯片,要放遠至整體系統層面,他還表示,在整體系統中,如何將環環相扣的芯片供應鏈整合在一起,則是未來發展的重中之重,而封裝行業將在其中扮演重要角色。蔣尚義指出,未來有先進封裝技術的半導體世界樣貌將會完全不同,故當前重點是要讓沉寂30年的封裝技術開始成長。
  
  延伸閱讀:封裝是摩爾定律的“救星”?
  
  在目前,摩爾定律的發展由于器件特征尺寸接近極限而正在變慢。那么如果摩爾定律遇到瓶頸了,我們該怎么辦呢?有一種思路,就是“More than Moore”,即不使用直接縮小器件而是挖掘CMOS電路系統其他地方的潛力來進一步實現集成度和性能的提升。而UCLA的教授Subramanian (Subu) Iyer的志向是使用封裝技術來實現“More than Moore”。
  
  在當代SoC技術中,所有的片上模塊都必須使用同樣的工藝。然而,這樣會遇到各種各樣成本以及技術上的問題。從模塊劃分角度來看,不同的模塊有不同的需求。舉例來說,高性能數字模塊(如GPU和APU中的運算單元)需要非常快的操作速度,因此更適合使用特征尺寸小的先進CMOS工藝。相反,對于模擬、射頻以及混合信號電路來說,先進制程中由于電源電壓較小,因此會導致較低的信噪比以及較差的線性度。
  
  因此,這些電路其實更適合使用較成熟的工藝去實現。如果使用SoC,則所有模塊都使用同一種工藝,顯然不是最優解。因此,使用封裝技術實現More than Moore的第一個好處就是不同的模塊可以用各自合適的工藝去實現,最后再用封裝技術集成在同一封裝內。
  
  More than Moore第二個解決的問題是內存訪問問題。之前提到過,Iyer提出的eDRAM可以部分解決片上SRAM不夠大的問題,但是對于主內存(容量高達幾GB)的訪問功耗和延遲問題,光eDRAM還是不夠的。More than Moore通過高級封裝技術把內存與處理器放在同一封裝內,從而實現高速內存訪問。目前Nvidia的GPU已經在使用基于HBM封裝技術的超高速內存以保證性能,可以說是More than Moore的勝利。
  
  話說回來,Iyer在UCLA的More than Moore研究是大規模異質互聯。目前異質互聯的模塊數量還不高,往往只有兩三個芯片模塊在封裝內做異質互聯。Iyer的研究目標則是把異質互聯芯片模塊數量提升到數十個甚至上百個,而且去掉封裝,把所有的芯片直接裝在板上。
  
  為什么需要大規模異質互聯?這是因為目前小規模異質互聯中,每一塊芯片都是大規模定制芯片,很難形成規范,也很難統一接口標準。這就造成了設計上的困難,也很難規模化。而且,芯片之間引腳的間距不定,通訊接口必須使用功耗較大的SerDes,這就造成了功耗過大。
  
  Iyer的思路是,把一塊大芯片拆成很多小而且接口標準化的小模塊芯片(Dielet),之后用封裝級互聯集成到一起。由于每塊芯片的尺寸小而且形狀固定,因此芯片間的間距也可以做到很小,這樣大部分SerDes可以省去,只留下部分距離很遠的引腳需要SerDes,這就節省了功耗。而且,由于接口和尺寸標準化,因此可以更容易地把規模做大。每一塊小芯片都可以是一個IP,這樣就誕生了一個新的大規模異質互聯的生態。
  
  為了實現這一偉大目標,Iyer教授在UCLA建立了異質集成與性能進化中心(Center for Heterogeneous Integration and Performance Scaling, CHIPS),并與各個領域的眾多大咖(如計算機領域的Jason Cong,醫學院的Tzung Hsiai等)合作。讓我們期待這位Super Star在UCLA的作為!
  
  默克半導體事業處處長林柏延也認為,部分5納米與3納米所使用的材料都差不多,因此有些廠商會從不同的光罩、制程,甚至是封裝技術來改善芯片效能,提升系統的整合度。可看到目前業界正積極嘗試不同封裝技術,強化產品性能并縮小產品尺寸,例如采用3D堆疊的方式。
  
  也就是說,封裝拯救摩爾定律的時代將要到來?

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