布局先进封装生态系，英特尔看见挑战与解决方案

 

来源：科技新报    原作者：Atkinson    2022-05-17 11:14:58

 

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处理器龙头英特尔（Intel）指出，随着数字时代对于运算需求的增长，处理器核心越来越多、效能越来越强大，一个关键问题将逐渐浮上台面，那就是该如何提供足够的资料吞吐量，才能够维持高效能、高输出的运算结果？大数据进一步催生高带宽、大容量内存的需求，但现实情况无法随心所欲地提升传输所需的功耗，需以有效率的方式传输大量数据。

 

英特尔表示，位于处理器核心内部的快取存储器为静态内存（SRAM）结构，储存单一位通常需要6个晶体管，享有几乎与核心一样快的速度，倘若加大快取存储器，十分耗能且需要不小的硅芯片面积；在处理器封装之外的系统内存为动态存储器（DRAM）结构，储存单一位仅需要一个晶体管和一个电容，设计上针对容量最佳化，提升速度反而不是件容易的事。两者间HBM（High Bandwidth Memory）以TSV（Through-Silicon Via）堆叠多个晶粒，单一封装使用1024bit总线宽度，提供更大空间和更高带宽，但需要更高密度、更先进封装技术，尽可能将HBM封装至靠近处理器处。

 

追求降低每单位位移动的功耗需求，并持续推动互连带宽与密度，不仅要求先进封装需达成全面性的创新，更需要整个产业生态系一同合作，从系统、电路板、封装再到复合晶粒体（die complex），都有要跨越的城池。英特尔已有推动系统、电路板、封装、晶粒开发和整合的路线图，与先进封装有关的内容。其中包括系统层级──透过改良后的晶粒和封装架构，降低每单位位移动时所需功耗、路板层级──整合光学传输，以便继续提升带宽速度与密度、封装层级──使用次世代热界面材料（TIM）改善散热、透过Coax MIL提升电源传输效率、共同封装光学传输元件、复合晶粒体──提升晶粒间的互连带宽，并制定相互沟通的产业标准（如UCIe）等。

 

英特尔强调封装技术有悠远历史，含大量使用的覆晶球栅阵列（FC-BGA），封装尺寸可达56×100mm，基板含24层金属层，未来将朝向92×92mm和26层迈进。芯片分拆理念不仅能够针对某个功能区块使用最佳制程生产，更能够将来自多家厂商的芯片整合至单一封装之中，大幅度提升良率和上市时间。为了落实真正的晶粒“即插即用”（Plug&Play），制定统一晶粒传输规范是首要之务。英特尔主导的UCIe（Universal Chiplet Interconnect Express）获得AMD、Arm、ASE、Google Cloud、meta、微软、高通、三星、台积电等众多厂商支持，让不同厂商代工厂的晶粒能封装内相互沟通。

 

至于异质整合，就是将多个不同功能的主动式晶粒整合至单一封装，原本散居电路板各处的芯片，聚集在面积更小的单一封装，对散热和供电形成挑战。晶粒间热阻、紧邻晶粒传来的热干扰，以及堆叠晶粒造成功率密度的提升，都是需要攻克的高墙。最后芯片间HSIO（High Speed Input/Output）主要通过铜导线传输，过去10年不断于封装和电路板持续创新，如制定短距离（short-reach）和长距离（long-reach）不同版，以至更快标准如XSR、XSR+。目前铜线传输速度最快可达224Gbps SerDes。