不同規(guī)格芯片封裝在一個芯片上的技術如何使半導體芯片發(fā)展走上新方向

這項黑科技將使半導體芯片發(fā)展走上新方向

去年，英特爾第一次在公開場合提出了“混搭”的概念。也就是將不同規(guī)格的半導體芯片通過特殊方式封裝在一個芯片之上，使之具備更強的性能和更好的功耗表現(xiàn)。這種混搭封裝技術被英特爾命名為EMIB，即Embedded Multi-Die Interconnect Bridge，中文譯名為嵌入式多核心互聯(lián)橋接。

　 ? ?EMIB是隨著英特爾Kaby Lake-G公布以及搭載KBL-G的冥王峽谷NUC發(fā)售而進入大眾消費者眼簾的。作為冥王峽谷的用戶，我可以算是EMIB技術的第一批受益者，也深深感受到了這種技術所存在的潛力。通過EMIB方式，KBL-G平臺將英特爾酷睿處理器與AMD Radeon RX Vega M GPU整合在一起，同時具備了英特爾處理器強大的計算能力與AMD GPU出色的圖形能力，同時還有著極佳的散熱體驗。這顆芯片創(chuàng)造了歷史，也讓產品體驗達到了一個新的層次。

　　冥王峽谷是KBL-G平臺的代表產品，它將辦公與品質娛樂很好的結合在一起

　　在今年初的CES 2019上，英特爾繼更早之前的Architecture Day之后，又一次展示了Foveros 3D封裝技術，作為EMIB技術的“升級版”，F(xiàn)overos堪稱半導體芯片界的黑科技。簡單來說，EMIB與Foveros的區(qū)別在于前者是2D封裝技術，而后者則是3D堆疊封裝技術。

　　2D與3D的區(qū)別其實很好理解，就像是平房和樓房的區(qū)別。假如一個小區(qū)有300人，這300人要安置在房子里的話，如果使用蓋平房的方式來做的話，那么就需要100間到300間房子，而且這些房子需要平鋪在極大的一片土地上；而如果使用蓋樓房的方式來做的話，那么同樣需要100-300間房子，但是只需要比前者小得多的占地面積就可以承載的下，這就是2D封裝與3D封裝的區(qū)別。

　　放在半導體芯片領域來講的話，其實EMIB和Foveros在芯片性能、功能方面的差異不大，都是將不同規(guī)格、不同功能的芯片堆疊在一起來發(fā)揮不同的作用。不過在體積、功耗等方面，F(xiàn)overos 3D堆疊的優(yōu)勢就顯現(xiàn)了出來。今年CES 2019英特爾發(fā)布會上，英特爾公司高級副總裁兼客戶端計算事業(yè)部總經理Gregory Bryant展示了首款Foveros 3D堆疊設計的主板芯片LakeField，它集成了10nm Ice Lake處理器以及22nm小核心，具備完整的PC功能，但體積只有幾枚美分硬幣大小，讓人感受到了Foveros 3D封裝技術的強大。

　　雖說Foveros是更為先進的3D封裝技術，但它與EMIB之間并非取代關系，英特爾在后續(xù)的制造中會將二者結合起來使用。

　　以下兩張圖，是對這一突破性發(fā)明的詳細介紹，第一張圖展示了Foveros如何與英特爾嵌入式多芯片互連橋接（EMIB）2D封裝技術相結合，將不同類型的小芯片IP靈活組合在一起，第二張圖則分別從俯視和側視的角度透視了Foveros 3D封裝技術。

　　無論是EMIB還是Foveros，封裝方式不同，但解決的問題是一樣的。

　　以往單片時代處理器內部的CPU核心、GPU核心、IO單元、內存控制器等子單元都必須是同一工藝制程下設計的，不過在實際應用中其實并不需要大家都一樣。比如CPU、GPU核心需要更高的性能，那么以更加先進的工藝去設計制造是必要的。但是像IO單元、控制器等器件，就不需要這么先進的工藝了。以前的封裝技術無法解決這種問題，但是通過EMIB或Foveros就可以實現(xiàn)不同工藝芯片之間的堆疊封裝了。

　　此外，F(xiàn)overos與EMIB的意義不僅僅在于可以將不同規(guī)格之間的芯片封裝在一起，更重要的意義在于它的出現(xiàn)能夠讓英特爾擺脫芯片架構與工藝之間“捆綁”的束縛，使工藝與架構分離，這樣可以使英特爾在制程、架構設計上有更強的靈活性。

　　在目前的半導體芯片行業(yè)中，英特爾是為數(shù)不多的IDM垂直整合型半導體公司。即自己設計芯片架構、自己制造芯片、自己封裝芯片，這一點其它芯片廠商幾乎做不到。

　　不過這也是一把雙刃劍。優(yōu)點是英特爾能夠自主根據(jù)不同工藝開發(fā)不同的CPU架構，而且因為是全自主，所以新工藝開發(fā)的架構可以最大化的利用特定工藝的優(yōu)勢，使之達到更好的匹配與契合；但不足之處在于將架構與工藝捆綁起來制約了靈活性，比如10nm延期之后，英特爾無法使用14nm工藝去生產10nm制程架構就是典型的例子。

　　Foveros與EMIB的出現(xiàn)，使得英特爾能夠在未來的發(fā)展中跳出制程工藝與架構捆綁的約束，在推進制程工藝發(fā)展和架構發(fā)展方面能夠更為靈活，有更多的選擇空間。

　　而對于OEM合作伙伴來說，全新的封裝技術能夠實現(xiàn)客制化需求，這一點極為重要。以往英特爾與OEM的關系是“我升級芯片你做相應的產品”。OEM的選擇權不大，只能跟著英特爾的節(jié)奏走，英特爾不更新OEM就只能干等著。全新封裝技術的出現(xiàn)，可以允許OEM去向英特爾客制化自己想要的芯片，從而在不同類型、不同形態(tài)的產品之上選擇不同的芯片方案，更加靈活。因此，F(xiàn)overos與EMIB不僅僅對于英特爾自身有著重要意義，同時對于整個PC產業(yè)、甚至是IT數(shù)碼產業(yè)都有著極為重要的意義。