算力時代，進(jìn)擊的先進(jìn)封裝

在算力撬動一切的今天，先進(jìn)封裝與Chiplet設(shè)計幾乎已成為高性能芯片的必然選擇。在先進(jìn)封裝技術(shù)與Chiplet架構(gòu)的雙力作用下，芯片這艘一度受困于摩爾定律的巨輪再次向前航行，先進(jìn)封裝功勛卓著。

2023年5月11日，第95屆CEIA中國電子智能制造高峰論壇在蘇州成功舉辦。國內(nèi)外知名品牌，業(yè)內(nèi)500余位知名專家、學(xué)者齊聚一堂，共同探討高可靠性測試技術(shù)方案，共商未來發(fā)展機遇。奇異摩爾先進(jìn)封裝專家，徐健先生受邀發(fā)表《算力時代的先進(jìn)封裝技術(shù)》的主題演講，探討大算力時代，先進(jìn)封裝與Chiplet技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

封裝：從幕后英雄，到前臺主角

“封裝是半導(dǎo)體制造的重要環(huán)節(jié)，起到保護(hù)、支撐、散熱，以及連接外部電路的作用……”。封裝的這一定義，在今天看來，已不足以概括先進(jìn)封裝的價值。??????

隨著先進(jìn)制程帶來的成本優(yōu)勢和先發(fā)優(yōu)勢減弱，異質(zhì)異構(gòu)集成已成為行業(yè)公認(rèn)提升系統(tǒng)性能、降低成本的關(guān)鍵技術(shù)之一，其實現(xiàn)極大地依賴于先進(jìn)封裝技術(shù)。

在異質(zhì)異構(gòu)的世界里，chiplet是“生產(chǎn)關(guān)系”，是決定如何拆分及組合芯粒的方式與規(guī)則；先進(jìn)封裝技術(shù)是“生產(chǎn)力”，通過堆疊、拼接等方法實現(xiàn)不同芯粒的互連。先進(jìn)封裝技術(shù)已成為實現(xiàn)異質(zhì)異構(gòu)的重要前提。

隨著Fab廠商紛紛試水封裝賽道，通過Fab工藝加持封裝，先進(jìn)封裝工藝的革新也層出不窮。從傳統(tǒng)2D封裝發(fā)展至2.xD、2.5D和3D封裝，先進(jìn)封裝技術(shù)維度的革新，為芯片的集成提供了全新的可能性。

與傳統(tǒng)封裝相比，先進(jìn)封裝能夠?qū)崿F(xiàn)更小的線寬、線距，從而提供更好的電氣性能和速度；通過更好的互連設(shè)計和更高的集成度，減少PCB與芯片之間的巨大代差的影響，并承載更多的IO以而實現(xiàn)單位空間內(nèi)更高密度的系統(tǒng)集成，從而滿足產(chǎn)品在大算力和小型化方面的需求。

徐健先生表示，先進(jìn)封裝與當(dāng)下火遍全球的Chiplet概念密不可分。Chiplet設(shè)計基于先進(jìn)封裝技術(shù)，涵蓋了從2.xD、2.5D到3D封裝的多種范疇。Chiplet將不同的芯粒模塊化，再通過先進(jìn)封裝技術(shù)，進(jìn)行芯粒之間的互連，從而實現(xiàn)更高規(guī)模的集成。

其中，2.5D封裝通過無源Silicon Interposer、TSV通孔進(jìn)行進(jìn)行同層線路、不同芯片間的互連，可以有效實現(xiàn)芯片性能的提升。

3D封裝形式被認(rèn)為是Chiplet設(shè)計與先進(jìn)封裝的下一階段，其與2.xD和2.5D的顯著不同在于中介層的性質(zhì)。從封裝層面來說，Base die較2.5D的無源中介層更進(jìn)一步，升級為一顆獨立可用的完整芯片，從而讓芯片的集成度得到了更大程度的提高。

Base die中往往會集成cache、電源管理器等輔助功能模塊，通過上下層芯片的die2die進(jìn)行芯片間的立體通信。目前，全球各大頭部企業(yè)都在布局這一賽道。在可預(yù)見的時間里，2.5D-3D封裝與Chiplet的組合，將成為大算力芯片提升性能、降低成本最有效方式。這一趨勢也引發(fā)了先進(jìn)封裝結(jié)構(gòu)中新型互聯(lián)單元：Base die的需求。

Basedie作為3D Chiplet的必備模塊，已成為AMD和Intel為首的頭部大廠的重要研發(fā)課題之一。國內(nèi)這一領(lǐng)域尚在起步階段，也有少量具有前瞻視角的企業(yè)提前布局這一賽道。其中，奇異摩爾作為國內(nèi)首批專注于2.5D和3D Chiplet研發(fā)的公司，基于Chiplet架構(gòu)，為客戶提供核心通用互聯(lián)芯粒及系統(tǒng)級解決方案，旗下產(chǎn)品線分為兩大部分，其一是2.5D、3D芯粒系列，其二是Die-to-Die IP系列。奇異摩爾基于UCIe標(biāo)準(zhǔn)，提供覆蓋各種不同類型、綜合能力強、具高帶寬、低延時、低功耗的Die2Die IP，支持2.x/2.5/3D 等多種封裝形態(tài)。

奇異摩爾為客戶提供基于IO Die和Base Die的完整解決方案，基于核心互聯(lián)芯粒，客戶只需設(shè)計少量功能單元，即可搭建產(chǎn)品系列平臺，能極大地降低研發(fā)及量產(chǎn)的成本。奇異摩爾的解決方案覆蓋數(shù)據(jù)中心、自動駕駛、邊緣AI、5G、6G移動通信等需要大算力芯片的領(lǐng)域?？蛻艨梢宰罡咛嵘酒南到y(tǒng)性能至1.5倍，并實現(xiàn)研發(fā)成本（80%）和量產(chǎn)時間（60%）的下降。

如何進(jìn)行Chiplet封裝設(shè)計

徐建表示，從封裝設(shè)計方式上來講，Chiplet與傳統(tǒng)封裝有所不同。由于Chiplet封裝中涉及多個芯粒的集成，不同芯?？赡芫哂胁煌臒?、電、結(jié)構(gòu)特性。在封裝設(shè)計過程中需要更加細(xì)致地考慮熱管理、流體流動、電性能和結(jié)構(gòu)布局等因素，以確保整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

此外，Chiplet封裝需要在芯片后端增加一些額外的流程，如PV（Physical Verification，物理驗證）、時序分析、電性能和熱力分析等。這些流程確保了芯片封裝的可行性和可靠性，并幫助優(yōu)化設(shè)計和解決潛在的問題。這些差異也增加了chiplet封裝設(shè)計的復(fù)雜性。

Chiplet封裝設(shè)計需要考慮各個芯粒的協(xié)同工作，并進(jìn)行系統(tǒng)級優(yōu)化，以實現(xiàn)整體系統(tǒng)的性能和功耗平衡。這涉及到芯片之間的通信帶寬、延遲、功耗消耗等方面的綜合考慮，以滿足應(yīng)用需求并提供最佳的性能。

奇異摩爾在Chiplet生產(chǎn)和測試方面有著豐富的實踐經(jīng)驗，同時擁有多樣化的產(chǎn)業(yè)資源，可提供世界領(lǐng)先水平的先進(jìn)封裝設(shè)計、小規(guī)模打樣測試和其他服務(wù)，以盡可能低的成本助力客戶解決Chiplet領(lǐng)域中最棘手的挑戰(zhàn)。

同時，奇異摩爾也與主流FAB及OSAT通力協(xié)作，提供Chiplet量產(chǎn)管理服務(wù)；客戶只需自研核心芯片，無需管理其他芯粒及復(fù)雜封測流程，即可輕松實現(xiàn)Chiplet量產(chǎn)，并可以通過共享奇異摩爾平臺供應(yīng)鏈體系，有效降低量產(chǎn)成本。