Silicon Box計劃建設(shè)chiplet半導(dǎo)體代工廠

Silicon Box察覺到當(dāng)前市場缺乏chiplet的先進(jìn)封裝能力，因此決定填補(bǔ)這個空白。其生產(chǎn)模式僅專注于chiplet，這是以前從未見過的。這家芯片初創(chuàng)公司在新加坡成立，就承諾斥資20億美元建立先進(jìn)的半導(dǎo)體代工廠。它的出現(xiàn)證實了chiplet的史詩才剛剛開始，未來還會有許多精彩的篇章。

Silicon Box提供從設(shè)計到生產(chǎn)以及先進(jìn)封裝的chiplet服務(wù)。這家初創(chuàng)公司聲稱其首條生產(chǎn)線已經(jīng)運行，樣品已經(jīng)送到了客戶手中。他們表示，準(zhǔn)備在今年晚些時候開始量產(chǎn)。

本文是關(guān)于Silicon Box如何誕生，背后推手是誰，以及他們?nèi)绾斡媱澑淖冃袠I(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施以支持chiplet的故事。

首先是Sehat Sutardja，他的偉大想法是將SoC分解成碎片，像樂高積木一樣來構(gòu)建異構(gòu)集成芯片。

Sutardja將這種架構(gòu)稱為“MoChi”，即Modular Chip的簡稱。

時任Marvell CEO的Sutardja在2015年2月ISSCC（International Solid-State Circuits Conference）的演講中首次提出MoChi。他強(qiáng)調(diào)，工程師需要新的互聯(lián)和存儲架構(gòu)，以降低下一代芯片和系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。

在那次演講之前，Sutardja一直在推動行業(yè)支持MoChi。他游說AMD的CTO Mark Papermaster，建議Marvell和AMD合作開發(fā)MoChi。在那次會議上，Papermaster問Sutardja，“為什么要叫它MoChi？聽起來太復(fù)雜了?！? Papermaster喜歡這個概念，但不喜歡這個昵稱，所以提出，“我們?yōu)槭裁床唤兴點hiplet呢？”

于是，一個新名詞誕生了。 在一篇計劃在2015年發(fā)表的技術(shù)論文中，Sutardja已將他的架構(gòu)命名為“MoChi”。他無法改變這個，但他喜歡Papermaster的修改。

Chiplet的旅程????

命名很簡單。但之后，chiplet的道路卻不平坦。

回顧過去，Sutardja表示，當(dāng)他提出MoChi（或chiplet）的概念時，“大家都說誰會需要它。他們都想要一塊大芯片。實際上，幾乎每家公司都對它嗤之以鼻?！? Mark Papermaster是唯一的支持者。

八年后，大家（無論是芯片制造商還是客戶）都成了chiplet的粉絲，到處都在高喊著chiplet。

他說，這種變化是因為“如果你是一家初創(chuàng)公司，今天想要構(gòu)建一個新的SoC，你需要3-4億美元?！?

除了SoC高昂的成本之外，chiplet受歡迎還因為人們越來越擔(dān)憂SoC無法滿足許多新一代應(yīng)用對于更高性能、更低延遲和更低功耗的需求。

Sutardja說：“我2015年的技術(shù)論文中有兩部分內(nèi)容。一部分是關(guān)于使用模塊化芯片來構(gòu)建芯片，就像樂高積木一樣。另一部分是關(guān)于將更高帶寬的內(nèi)存集成到處理器的需要。如果你有更高的內(nèi)存帶寬，你會得到更高的性能。更高的帶寬也意味著更低的延遲。如果你的內(nèi)存帶寬有限，GPU會變慢，因為GPU的所有核都必須等待其它核獲取數(shù)據(jù)?！?

缺失的環(huán)節(jié)??


從架構(gòu)上講，芯片設(shè)計師對chiplet的態(tài)度是積極的。他們需要chiplet，并且是立刻。

但有一個問題。Sutardja觀察到，直到最近，行業(yè)才意識到“沒有先進(jìn)封裝的能力來集成chiplet”。

這不正是OSAT（Outsourced Semiconductor Assembly and Test）該挺身而出的地方嗎？ 并非必然。

目前的OSAT公司并不具備從事先進(jìn)芯片封裝研發(fā)和生產(chǎn)的條件。從財務(wù)上講，Sutardja表示，這種努力會是“一場災(zāi)難?！?

OSAT公司忙于保護(hù)他們現(xiàn)有的封裝業(yè)務(wù)和產(chǎn)品線，他們既沒有動力去殺死自己的搖錢樹。Sutardja認(rèn)為，如果OSAT公司承擔(dān)了數(shù)十億美元的投資（包括一個新的晶圓廠），去開發(fā)chiplet的先進(jìn)封裝，那么華爾街將會對他們進(jìn)行懲罰。同時，OSAT公司仍然需要獲取必要的特殊技術(shù)來進(jìn)行晶圓級封裝。

Why Silicon Box？???

盡管如此，Silicon Box的三位創(chuàng)始人認(rèn)為，市場迫切需要一家集設(shè)計、組裝和封裝于一體的新型chiplet工廠。

長期以來，Sutardja和Silicon Box的CEO BJ Han一直癡迷于制造集成度更高的芯片。Han說，“這一切開始于一次私人對話”，當(dāng)時他在貝爾實驗室當(dāng)物理學(xué)家，而Sutardja在Marvell?！拔覀儬幷摾?，直到爭論得面紅耳赤?！?/p>

在貝爾實驗室，Han從事材料工作，研究電路和封裝。他是第一個在封裝產(chǎn)品中使用步進(jìn)器的人。Han解釋說，“展望未來三十年是貝爾實驗室的使命。我們爭論利弊，嘗試了許多實驗，并靜靜地等待時機(jī)?！?/p>

Han以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ碳夹g(shù)，將同樣的流程應(yīng)用到Silicon Box?？梢哉f，Han是Silicon Box的秘密武器。

在貝爾實驗室之后，他在一系列公司工作。作為Amkor Technology的研發(fā)主管（1996-1999年），他推動了一些現(xiàn)在市場上最受歡迎的芯片封裝技術(shù)。包括Amkor的MLF（Micro Lead Frame）封裝，被廣泛認(rèn)知為QFN（Quad Flat No-Lead）封裝，其CABGA（Chip Array Ball Grid Array），被稱為FBGA（Fine Pitch Ball Grid Array），以及CSP（Chip-Scale Packaging），或者DRAM的BOC（Board on Chip）。

封裝專家Han和芯片設(shè)計師Sutardja的相遇，為Silicon Box創(chuàng)造了巨大的優(yōu)勢。

Sutardja觀察到，“今天每個人都在孤立地工作”。芯片設(shè)計人員的工作是秘密進(jìn)行的。只有在設(shè)計接近尾聲時，他們才會向封裝人員提出減少或增加金屬間距或?qū)訑?shù)等問題。在那個后期階段，封裝人員幾乎總是會拒絕設(shè)計人員的需求。

簡而言之，“沒有人為了芯片的整體性能而優(yōu)化設(shè)計或封裝”。同時，每個人都在恐慌，因為似乎沒有人知道其中的利弊，也沒人知道芯片設(shè)計師或封裝工程師采取某些行動的后果。

TSMC???????????????

在晶圓廠中，TSMC是個例外。它能夠制造和封裝chiplet。

Sutardja說：“TSMC相當(dāng)獨特。他們不僅有龐大的資源，而且對他們的大客戶非常友好?！?/p>

如果A公司希望TSMC以某種方式生產(chǎn)chiplet，TSMC愿意這樣做，使用TSMC的CoWoS平臺的變體，例如稱其為CoWoS X。B公司可能希望有所變化，TSMC將進(jìn)行適配，并將其標(biāo)記為CoWoS Y。

這對TSMC的客戶來說都很好。但是，這并不能幫助行業(yè)看到哪種chiplet效果更好。Sutardja預(yù)測，“十個中有九個會失敗。希望成功的那一個能成為標(biāo)準(zhǔn)。”然而，即使晶圓廠弄清楚了什么是有效的，也未必能找到成本最低的生產(chǎn)模式。他強(qiáng)調(diào)，“你可以過度設(shè)計，卻永遠(yuǎn)找不到最具成本效益的解決方案?！?/p>

盡管如此，根據(jù)Sutardja的說法，Silicon Box對Sutardja和Han的團(tuán)隊能夠成功有足夠的信心。他說：“我們并不是FinFET或GAA晶體管方面的專家，因為那不是我們所做的。但在金屬化、基本知識和化學(xué)方面，我們在世界首屈一指?！?/p>

還有另一個問題。

TSMC是晶圓廠，它并不是一家封裝公司。為什么TSMC在先進(jìn)的chiplet封裝中占據(jù)如此重要的地位？

答案很簡單，Sutardjia表示，Chiplet的先進(jìn)封裝“如此復(fù)雜，以至于沒有一家OSAT公司能做到。或者，這個任務(wù)實在太難了?！?/p>

晶圓與面板??????

在chiplet封裝中，TSMC正在使用晶圓InFO（integrated Fan-Out）或CoWoS，一種晶圓級系統(tǒng)集成平臺。

雖然TSMC正在使用一個300mm的圓形晶圓，但據(jù)Han稱，“但我們在Silicon Box，正在使用一個更大的600mmx600mm面板。我們稱之為方形基板。”Silicon Box的競爭策略是使用更大的面板并容納更多的方形或矩形瓦片（tile），根據(jù)瓦片的大小，可容納的單位數(shù)量是正方形或長方形瓦片的6-9倍。這使得成本可能降低五分之一。

那么Silicon Box的方形面板的材料是什么呢？

例如，Intel計劃使用玻璃作為chiplet的基板。Intel的高級副總裁兼裝配/測試發(fā)展總經(jīng)理Babak Sabi在最近的Semicon West上說，“玻璃基板讓我們能夠?qū)⑦@些由AI所需的巨大復(fù)合體聚集在一起，你可以完全省去interposer。”

對于Silicon Box來說，問題在于如何最佳地優(yōu)化不同類型的chiplet的成本。數(shù)據(jù)中心AI、客戶端設(shè)備和電動車的chiplet需要不同的成本結(jié)構(gòu)。Han未透露他的公司用于方形基板的具體材料。

Sutardja說：“我們并沒有使用一些瘋狂的東西。對于我們所知的材料，我們有辦法克服挑戰(zhàn)，無論遇到什么問題?！?/p>

中國?????

如果由于當(dāng)前的中美政治緊張局勢，中國無法從TSMC那里獲得更精細(xì)的2D工藝技術(shù)，那么chiplet可能會為中國客戶開啟新的可能性。Chiplet的方法可以讓在不同工藝節(jié)點生產(chǎn)的chiplet在一個封裝中進(jìn)行混合和匹配。Silicon Box位于新加坡，是一個中立區(qū)域。Sutardja說：“你看，我們不是一個政治組織。我們提供的技術(shù)將使全球數(shù)十億人能夠以一半的功率獲得雙倍的計算性能?！?/p>

行業(yè)支持?

曾在Marvell任CEO的Sutardja和公司總裁Dai在2016年4月從他們共同創(chuàng)立的公司中辭職。這發(fā)生在激進(jìn)投資者Starboard Value LP公開在Marvell持股后不久。

盡管調(diào)查證明兩位高級執(zhí)行官沒有任何不當(dāng)行為，但他們對Marvell銷售團(tuán)隊的強(qiáng)硬態(tài)度以及一些財務(wù)不規(guī)則行為，導(dǎo)致了公司創(chuàng)始人被逐出的結(jié)果。

當(dāng)被問及那段歷史時，Sutardja說：“我和公司有一份協(xié)議，不會詆毀任何人?！盌ai指出已經(jīng)有一些公司排隊成為Silicon Box的客戶，他表示“行業(yè)知道我們的業(yè)績，并且信任我們?！?/p>

先進(jìn)的封裝技術(shù)是chiplet成功因素中的缺失環(huán)節(jié)。Silicon Box聲稱它已經(jīng)準(zhǔn)備好滿足這個需求，且具成本效益。他們甚至自豪地宣稱，未來將在新加坡以外的地方建立更多的工廠。但首要的最大挑戰(zhàn)是要證明那些質(zhì)疑者們是錯的，他們認(rèn)為一個初創(chuàng)的chiplet代工廠是個遙不可及的夢想。

審核編輯：劉清