Chiplet將是後摩爾定律時代的創新關鍵?

作者 : Don Scansen,EE Times專欄作者

隨著在設計中要求更多的功能性,提升晶片整合度的驅動力自然而然超越微縮的概念。當然,我是在說系統級晶片(SoC),快速瀏覽任何一家頂級半導體製造商的產品陣容,就能馬上了解到SoC產品的普及程度...

我的一個好朋友兼老同事最近提醒我,「活在當下」最重要,不必想得太過遙遠;這個建議同樣適用於技術領域。舉例來說,我們應該把焦點放在像是英特爾架構日(Intel Architecture Day)這樣僅展望未來數年的活動,不要老是想著那些預言家們對於CMOS技術達到極限之後將會如何發展的長期預測。

這並非否定以各種獨特的方法來「壓榨」摩爾定律(Moore’s Law)最後一點價值並繼續超越的必要性;恰恰相反,該注意的是若想維持這半個世紀以來我們所熟知的創新曲線,要做的遠不止晶圓製程和矽晶片等級的整合。商機不僅有短期的,也有長期的。

隨著在設計中要求更多的功能性,提升晶片整合度的驅動力自然而然超越微縮的概念。當然,我是在說系統級晶片(SoC),快速瀏覽任何一家頂級半導體製造商的產品陣容,就能馬上了解到SoC產品的普及程度──這個曾經「高大上」的名詞現在已變得尋常。

好話不多說,我決定深入研究英特爾在做的事情──儘管業界傳言說英特爾已走上末路,顯然該公司還在繼續大力投資推動技術發展。英特爾媒體公關人員也一如既往地努力工作,在一些關鍵點上為我們提供易於理解的切入點。

英特爾將其發展之路描述為,「下一個運算時代的六大技術創新支柱。」

六大創新支柱

在2020年的架構日上,英特爾資深副總裁暨首席架構師(架構、繪圖和軟體) Raja Koduri提出了下一個顛覆性的公司願景,它將帶動整個產業超越行動革命(mobile revolution)。Koduri預期,在超越「Mobile Everything」和「Cloud Everything」後,百萬兆級(exascale)的運算革命和上千億台的智慧連網裝置將創造「Intelligent Everything」。

以上聽起來似乎讓人有點厭倦,但我們的討論應該更著重在今日的技術。所以讓我們回頭來看英特爾技術的六大創新支柱之一,封裝。

沒錯,英特爾六大創新技術支柱涵蓋了用於人工智慧(AI)和百萬兆次運算的全方位新體系架構和軟體,而半導體製程與封裝技術也被視為支柱之一。幾十年來,英特爾藉由製程技術創新,一直是摩爾定律的主要推動力量;他們已認識到封裝技術的顯著重要性。

眾所周知,英特爾將封裝技術視為實現高整合度的要角,開發了嵌入式多晶片互連橋接(embedded multi-die interconnect bridge,EMIB),以提高標準封裝基板內關鍵點的互連密度。這個概念取代了以大型矽中介層做主要互連橋接的方法,在封裝基板上連接多個晶片。另外,EMIB還消除了矽穿孔(TSV)的複雜性,使這個概念更具革命性與成本效益的異質整合方法。

Foveros技術則將3D晶片堆疊導入了邏輯元件。下一步,英特爾將結合EMIB與晶片堆疊,在晶片產品上實現更高等級的整合。

 

英特爾的封裝技術演進。

(圖片來源:Intel)

 

行文至此還沒提到標題裡的關鍵字可能有點奇怪…在那些封裝整合方案中使用的、功能較少的多樣化元件被稱為「Chiplet」(中文譯為「小晶片」)。這個名詞標誌了專門打造的個別IC與更複雜SoC之間的區別。這還讓我聯想到小時候有一種「芝蘭口香糖」(糟糕,年齡曝光了…)是叫Chiclets,只差一個字母…不過這是題外話了。

展望未來,從開放性標準到研究經費,還有許多有待努力的方向,以催生支援Chiplet生態系統發展所需服務與新產品,還有所帶來的新商機。美國國防部高等研究計畫署(DARPA)也在此技術領域進行投資;這部分有一些地緣政治因素。關於Chiplet還有許多可以談的內容,我們以後再繼續聊。

而要了解我們目前有多接近快速擴展階段,需要把焦點轉回手機領域。如果你還記得,那是英特爾談到的第二個重大步驟,並且是數位革命三時代的中間階段。如今,手機確實意味著一切,而且大概很少有人能比高通(Qualcomm)更清楚這一點…

封裝是一項設計要素

筆者搜尋YouTube上的DARPA電子復興計畫(Electronics Resurgence Initiative)相關內容,最值得注意的是高通執行長Steve Mollenkopf的一場專題演說。Mollenkopf表示,「手機為半導體產業指明了方向;」他指出,高通曾經在台積電(TSMC)落後一到兩個節點導入量產,而現在蘋果(Apple)與高通都是採用最尖端代工製程,所量產的晶片大多數被手機業者採用。

 

封裝技術推動高通的5G設計演進。

(圖片來源:DARPA ERI 2019)

 

Mollenkpf提及,Chiplet發展的關鍵點和核心,是由「做RF的那幫人說了算」,因為數位處理技術對於改善5G手機性能已經達到極限;他還意識到,像是相位陣列天線等技術的原始研究,為今日的商業實體和消費者實現了許多技術。或許對於基礎國防技術的研發之專注,將會將讓美國在商用技術競賽中保持領先。不過這又是另外一個話題了。

Mollenkopf還提及專門化考量的需要,因為Chiplet是專為特定任務設計打造的;接著他又講到封裝的重要性:「…各家業者正在將封裝納入設計元素。」

對於高通及其在行動裝置領域的對手而言,這是一場多戰線的競爭。該公司強調其IC需要最先進的製程技術,以及最新封裝技術與多種Chiplet設計相結合,這些事實充分表明半導體產品已經進入了一個新時代。

責編:Judith Cheng

(參考原文:Chiplets, Gum and other Things that Stick,by Don Scansen )

 

 

 

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