晶圓廠拼的不只是先進邏輯工藝節(jié)點，異構(gòu)集成技術(shù)不可小覷

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/周凱揚）對于任何先進晶圓廠來說，逐漸放緩的制造工藝進步已經(jīng)開始對其業(yè)務(wù)造成部分影響。即便是頭部客戶，也會追求相對成熟的工藝來減少設(shè)計和制造成本。為了不讓芯片性能停滯不前，絕大多數(shù)廠商會選擇異構(gòu)集成的方式，借助先進封裝技術(shù)實現(xiàn)“超越摩爾”。諸如臺積電、英特爾等廠商，也都紛紛推出了3DFabric、Foveros之類的技術(shù)，而三星也不甘落后，一并追求突破半導(dǎo)體技術(shù)的極限。

為了進一步發(fā)揮其先進封裝技術(shù)優(yōu)勢，三星于去年年底在其半導(dǎo)體業(yè)務(wù)部門內(nèi)成立了先進封裝（AVP）業(yè)務(wù)團隊。作為一家同時具備內(nèi)存、邏輯代工和封裝業(yè)務(wù)的廠商，三星在異構(gòu)集成上已經(jīng)有了多年的經(jīng)驗，尤其是邏輯與內(nèi)存的異構(gòu)集成。

I-Cube

以絕大多數(shù)服務(wù)器芯片面臨的帶寬問題為例，三星針對不同的帶寬需求，提供了完備的解決方案。比如針對需要1TB/s的超大帶寬場景，三星提供了邏輯電路垂直堆疊的架構(gòu)。而針對需要超大內(nèi)存帶寬的場景，比如196GB/s到1TB/s的帶寬范圍內(nèi)，三星則提供了邏輯電路與HBM堆疊至硅中介層上的方案，I-CubeS。

且根據(jù)HBM die的配置分布，三星已經(jīng)推出了I-Cube2、I-Cube4、I-Cube8三大方案，更為復(fù)雜的I-Cube12也已經(jīng)在研發(fā)過程中，預(yù)計明年第四季度成功驗證，2025年實現(xiàn)量產(chǎn)。這也是越來越多服務(wù)器、AI芯片所選的方案，I-Cube與HBM3的搭配提供了相對GDDR6更高的容量和帶寬。

三星Cube異構(gòu)集成技術(shù) / 三星

除此之外，三星也在研究HBM與邏輯電路直接垂直堆疊的方案，這類HBM無需緩存die，而是將緩存die集成到邏輯die中，進一步提高能效降低延遲。有趣的是，最近韓媒也爆出消息，SK海力士將與英偉達聯(lián)合研究GPU直接堆疊HBM4的設(shè)計，不過其最終封裝可能會由臺積電來接手。

針對60-196GB/s內(nèi)存帶寬區(qū)間的應(yīng)用，比如頭戴AR/VR等設(shè)備，三星的計劃是進一步提高其能效和降低延遲。為此，三星正在進行LLW DRAM這一低延遲寬IO產(chǎn)品的研發(fā)，用于替代傳統(tǒng)的LPDDR內(nèi)存。其異構(gòu)集成結(jié)構(gòu)是將邏輯電路和LLW內(nèi)存垂直堆疊在重布線層（RDL）上，根據(jù)三星給出的數(shù)據(jù)，相比傳統(tǒng)的FBGA封裝LPDDR內(nèi)存，其I/O數(shù)、帶寬都將成倍增長，而相比硅中介層的方案又可以節(jié)省20%的封裝成本。

X-Cube

至于全3D的邏輯異構(gòu)集成方案X-Cube，則是通過微凸塊或更先進的銅鍵合技術(shù)，將兩塊垂直堆疊的邏輯裸片連接起來。其實早在HBM的垂直堆疊上，三星就已經(jīng)用上了微凸塊連接技術(shù)，且自2016年就實現(xiàn)了大規(guī)模量產(chǎn)。

然而面對更為復(fù)雜的邏輯die垂直堆疊，則需要對其設(shè)計進一步改進，從而避免電源完整性、信號完整性以及熱設(shè)計上帶來的新問題。所以三星也在研究相關(guān)的集成硅電容、散熱增強設(shè)計等，來解決這些異構(gòu)集成實現(xiàn)過程中的頑疾。

三星代工業(yè)務(wù)的發(fā)展負責(zé)人Moonsoo Kang表示，他們預(yù)計將在明年開始量產(chǎn)微凸塊類型的X-Cube產(chǎn)品，而2026年才會開始量產(chǎn)銅鍵合的X-Cube產(chǎn)品?？梢钥闯觯谂_積電和英特爾廠商都已經(jīng)規(guī)劃好下一代先進封裝路線圖的前提下，三星也在加快步伐推進新技術(shù)的落地，這樣才能給其半導(dǎo)體業(yè)務(wù)帶來更多的競爭優(yōu)勢。

寫在最后

與依然在緩步推進的邏輯工藝不同，異構(gòu)集成這類先進封裝技術(shù)最終是起到降低設(shè)計成本，提高芯片設(shè)計效率并優(yōu)化PPA的目的，更像是對摩爾定律的一個橫向擴展。而作為晶圓廠，在鉆研這類技術(shù)的同時，也必須與EDA、Chiplet、PCB等領(lǐng)域的廠商達成深入合作，才有可能把這類業(yè)務(wù)推向更多的芯片設(shè)計公司。