【產業科普】先進封裝正夯,2.5D、3D 和 Chiplets 技術有何特點(下)

作者 | 發布日期 2020 年 10 月 01 日 10:30 | 分類 IC 設計 , 奈米 , 尖端科技 Telegram share ! follow us in feedly


在介紹完 2.5D 和 3D 之後,近來還有 Chiplets 也是半導體產業熱門的先進封裝技術之一;最後,就來簡單說明 Chiplets 的特性和優勢。

除了 2.5D 和 3D 封裝之外,Chiplets 也是備受關注的技術之一。由於電子終端產品朝向高整合趨勢發展,對於高效能晶片需求持續增加,但隨著摩爾定律逐漸趨緩,在持續提升產品性能過程中,如果為了整合新功能晶片模組而增大晶片面積,將會面臨成本提高和低良率問題。因此,Chiplets 成為半導體產業因摩爾定律面臨瓶頸所衍生的技術替代方案。

Chiplets 就像拼圖一樣,把小晶片組成大晶片

Chiplets 的概念最早源於 1970 年代誕生的多晶片模組,其原理大致而言,即是由多個同質、異質等較小的晶片組成大晶片,也就是從原來設計在同一個 SoC 中的晶片,被分拆成許多不同的小晶片分開製造再加以封裝或組裝,故稱此分拆之晶片為小晶片 Chiplets。

由於先進製程成本急速上升,不同於 SoC 設計方式,將大尺寸的多核心的設計,分散到較小的小晶片,更能滿足現今的高效能運算處理器需求;而彈性的設計方式不僅提升靈活性,也能有更好的良率及節省成本優勢,並減少晶片設計時程,加速晶片 Time to market 時間。

▲ Chiplets 是由多個小晶片組成一個晶片。(Source:益華

使用 Chiplets 有三大好處。因為先進製程成本非常高昂,特別是模擬電路、I/O 等愈來愈難以隨著製程技術縮小,而 Chiplets 是將電路分割成獨立的小晶片,並各自強化功能、製程技術及尺寸,最後整合在一起,以克服製程難以微縮的挑戰。此外,基於 Chiplets 還可以使用現有的成熟晶片降低開發和驗證成本。

目前已有許多半導體業者採用 Chiplets 方式推出高效能產品。像是英特爾的 Intel Stratix 10 GX 10M FPGA 便是採用 Chiplets 設計,以達到更高的元件密度和容量。該產品是以現有的 Intel Stratix 10 FPGA 架構及英特爾先進的嵌入式多晶片互連橋接(EMIB)技術為基礎,運用了 EMIB 技術融合兩個高密度 Intel Stratix 10 GX FPGA 核心邏輯晶片以及相應的 I/O 單元。至於 AMD 第二代 EPYC 系列處理器也是如此。有別於第一代將 Memory 與 I/O 結合成 14 奈米 CPU 的 Chiplet 方式,第二代是把 I/O 與 Memory 獨立成一個晶片,並將 7 奈米 CPU 切成 8 個 Chiplets 進行組合。

▲ Intel Stratix 10 FPGA 也是採用 Chiplets。(Source:英特爾

總而言之,過去的晶片效能都仰賴半導體製程的改進而提升,但隨著元件尺寸越來越接近物理極限,晶片微縮難度越來越高,要保持小體積、高效能的晶片設計,半導體產業不僅持續發展先進製程,同時也朝晶片架構著手改進,讓晶片從原先的單層,轉向多層堆疊。也因如此,先進封裝也成為改善摩爾定律的關鍵推手之一,在半導體產業中引領風騷。

(首圖來源:AMD