小芯片將來半導(dǎo)體科技發(fā)展的重要項目

1975年摩爾在IEEE大會發(fā)表一篇論文，根據(jù)當(dāng)時的情況，將之前的預(yù)測，由每年增加一倍，修正為每兩年增加一倍，這就是半導(dǎo)體業(yè)界著名的「摩爾定律」。

55年來，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)依循「摩爾定律」，性能以幾何級數(shù)般的快速發(fā)展，造就今日突飛猛進(jìn)的高科技。

然而目前半導(dǎo)體制程推進(jìn)到5納米，已經(jīng)離「物理極限」愈來愈近，「摩爾定律」的發(fā)展進(jìn)程，恐離「盡頭」不遠(yuǎn)。

為了增加半導(dǎo)體的性能，在制程技術(shù)尚未推進(jìn)到一新節(jié)點時，透過先進(jìn)封裝技術(shù)，將數(shù)種不同制程的「小芯片」（Chiplet），「異構(gòu)整合」在一起，提升芯片的效能，并且可降低成本。

不同用途的半導(dǎo)體元件，能夠使用的最先進(jìn)半導(dǎo)體制程不盡相同。舉例而言，記憶體目前最先進(jìn)制程為14納米左右，而邏輯制程已推進(jìn)到5納米。

因此在SOC（系統(tǒng)單芯片）中，勉強(qiáng)將不同性能的元件整合在一起，不僅技術(shù)復(fù)雜，而且無法妥善利用芯片的空間及效能。

為了增加新性能，將新功能的模組勉強(qiáng)整合到芯片，將增加芯片的面積，這對先進(jìn)制程而言，成本將不符經(jīng)濟(jì)原則。在整合型的SOC中，某些模組并不需要最先進(jìn)的制程，因此將不同性能的模組制成「小芯片」，然后透過先進(jìn)的封裝技術(shù)將「小芯片」整合成系統(tǒng)芯片。

早在2012年，臺積電就開始利用CoWoS （Chip on Wafer on Substrate）先進(jìn)3D封裝技術(shù)，為客戶生產(chǎn)FPGA。2014年臺積電與海思合作推出全球第一個使用CoWoS封裝技術(shù)，將3個16納米芯片整合在一起，具網(wǎng)絡(luò)功能的單芯片。

讓「小芯片」開始吸引大家目光的是AMD（超微）于2019年推出的Zen 2 （又稱Ryzen 3000）CPU。Zen 2是使用3個「小芯片」封裝而成，其中2個7納米制程的8核CPU，及1個14納米制程的I/O（輸入/輸出）。

AMD從2019年起，全面采用「小芯片」架構(gòu)技術(shù)，因此產(chǎn)品功能全面提升，獲得市場好評，銷售成績斐然。

除了AMD外，英特爾也積極發(fā)展「小芯片」技術(shù)，旗下的Altera的FPGA Stratix 10，是英特爾第一顆采用「小芯片」架構(gòu)的IC。Stratix中心，是FPGA晶粒（Die）周圍有6個「小芯片」，以先進(jìn)封裝異質(zhì)整合而成。。

賽靈思的Virtex-7 2000T采用4個「小芯片」架構(gòu)的設(shè)計。

人工智能（AI）芯片需要高效能運(yùn)算功能，并且需整合高頻寬記憶體，高速I/O、高速網(wǎng)絡(luò)等模組，「小芯片」架構(gòu)是最佳、最具經(jīng)濟(jì)效益的設(shè)計。

微處理器（MPU）、圖形處理器（GPU）以及FPGA是「小芯片」目前最大的應(yīng)用市場，以微處理器而言，使用「小芯片」架構(gòu)的產(chǎn)值將由2019年的6.5億美元，成長到2024年的26億美元。

從整個半導(dǎo)體市場來看，使用「小芯片」架構(gòu)的芯片產(chǎn)值，將由2019年的7.8億美元，成長到2024年的65億美元。

「小芯片」架構(gòu)的IC，透過多顆「小芯片」提高每顆IC可容納電晶體的數(shù)量，并且可降低使用先進(jìn)制程的成本?！感⌒酒辜夹g(shù)中，不可或缺的先進(jìn)封裝技術(shù)，是將來半導(dǎo)體科技發(fā)展的重要項目。
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