3D 异构集成@@与@@ COTS (商用现成品@@)小芯片@@的@@发展问题@@

作者@@:Paul McLellan,来源@@:Cadence楷登@@PCB及封装资源中心@@

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莎士比亚在@@@@《罗欧与朱丽叶@@》中写道@@:“名字有何重要@@?玫瑰不叫玫瑰@@,依旧芳香如故@@。”

然而在@@过去@@ 10 年中@@,尤其是过去@@ 5 年左右@@,每当我们将不止一个晶粒置于一个封装内时@@,我们就想为其增加一个新的@@命名@@:

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……此外还有很多不同的@@专用名词@@,显然@@不适合用作整个行业的@@通用名称@@。

最新出现的@@一个名称是@@“异构集成@@(heterogeneous integration)”或@@“3D 异构集成@@(3D heterogeneous integration)”,目前的@@关注度越来越高@@。这个词涵盖的@@内容非常丰富@@,从向处理器添加@@"高带宽存储器@@ (HBM) "堆栈@@,到@@ Intel的@@ Ponte Vecchio 产品@@(复杂性方面的@@登峰造极者@@)——

在@@ 5 个不同的@@制程节点上装进了超过@@ 47 块小芯片@@@@(chiplets),晶体管总数量超过@@ 1000 亿@@!

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这是当之无愧的@@异构集成@@@@!

但是@@,“异构集成@@”这一词语依然存在@@一个问题@@:我们该如何称呼采用这种技术@@的@@设计@@?我认为@@,“系统级封装@@”(SiP) 一词就很贴切@@。所以说@@,异构集成@@是用于创建@@ SiP 的@@技术@@@@。

显然@@,与异构集成@@形成鲜明对比的@@是同构集成@@,即系统级芯片@@ (SoC)。同构集成最大的@@缺点在@@于@@,必须在@@同一个半导体制程节点中完成所有组件@@。如果需要集成差别较大的@@模块@@,例如@@光子学@@、射频@@、模拟@@、DRAM、MRAM 等等@@,这项工作就会变得非常棘手@@。

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挑战来自成本方面@@,而不是技术@@@@。例如@@,我们知道如何将@@ DRAM 摆放在@@逻辑晶粒上@@,但实际上@@,即使芯片上有非@@ DRAM 的@@部分@@(DRAM 掩膜是空白的@@@@),我们也要为它们支付成本@@。同构集成的@@另一个问题是晶粒的@@尺寸可能会非常大@@。如果尺寸过大@@,晶粒可能会超出光刻极限@@,最终将无法制造@@。但即便没有超出极限@@,如果芯片面积相同@@,与四个单独的@@小晶粒相比@@,大晶粒的@@良率也会比较差@@。

《异构集成@@ (HI) 与系统级芯片@@ (SoC) 有何区别@@?》一文详细讲述了这两种设计工艺之间的@@区别以及各自的@@优势和@@注意事项@@,欢迎点击阅读@@。

COTS 小芯片@@

自动化程度更高的@@异构集成@@流程存在@@很多技术@@挑战@@。但最值得关注的@@问题是在@@商业领域@@。在@@此强调@@:这些问题暂时还没有答案@@。

5.JPGCOTS 指的@@是@@“commercial off the shelf(即商用现成品@@@@)”。通常情况下@@,它用于国防等专门行业@@,将可以轻松购买的@@芯片与必须为特定用途设计的@@专门芯片区分开来@@。关于异构集成@@@@,最值得关注的@@问题之一是@@ COTS 小芯片@@是否可用@@。或@@许最极端的@@情况是@@,能否用@@Intel的@@微处理器@@、NVIDIA的@@ GPU 和@@Qualcomm的@@ 5G 调制解调器来构建一个@@ SiP?

目前已经有一些@@ COTS 小芯片@@(或@@小芯片@@堆栈@@@@)是可用的@@@@,如高带宽存储器@@@@ (HBM) 和@@ CMOS 图像传感器@@ (CIS) 视觉@@/AI 子系统@@。

为了扩大这一市场@@,让@@ COTS 小芯片@@可用@@,有几个重大问题需要解决@@:

  1. 小芯片@@将以芯片的@@形式提供@@@@,还是仅仅作为授权@@ IP 提供@@?

  2. 如果有实际的@@小芯片@@可用@@@@,那么谁将持有库存@@?

  3. 这是否仍将是一个@@“酒香不怕巷子深@@”的@@市场@@,依然要按需生产小芯片@@@@,只有在@@收到@@确定的@@订单后才会进行生产@@?

  4. 谁来管理小芯片@@的@@生产运营@@?

  5. 是否会出现新的@@公司来创造@@/服务这个市场@@?

这些问题在@@很大程度上归结为谁将承担财务风险@@:最终用户@@、中间商@@(如分销商@@)、设计小芯片@@的@@公司@@、代工厂@@,还是其他公司或@@供应商@@。就像任何价值链一样@@,所有参与者都希望将自己获得的@@收入@@/利润最大化@@,并试图将其他供应商商品化@@。当然@@,如果每个人在@@这方面都过于激进@@,那么就很有可能酿成杀鸡取卵的@@悲剧@@。或@@者变成揠苗助长@@,那么这种市场将永远不会成熟@@。