2021年的ISSCC如期而至。雖然今年ISSCC改到了線上進行，但是參會者熱情不減。在剛剛結束的Plenary Session中，TSMC（TSM.US）董事長劉德音做了一個重要的演講，其中一方面展望了下一代半導體工藝的發展，另一方面則強調了下一代先進封裝技術對于半導體行業的重要性以及TSMC在該方面的投入。

　　從演講內容來看，TSMC正在越來越強調自己在高級封裝領域的領導地位，而TSMC的重心從半導體先進制程慢慢轉向先進封裝這一點非常值得我們關注。

　　先進工藝：3nm近在眼前

　　首先TSMC還是展示了在先進半導體制程領域的領導位置。3nm預計將會在2022年使用EUV量產，然而值得注意的是3nm工藝的速度相對5nm僅僅提升10%，即使是相對7nm性能也僅僅提升40%左右。從某種角度上來說，這樣的結果也說明了未來芯片性能的提升中特征尺寸縮小占的比重越來越小了。

　　那么半導體芯片下一代性能到底靠什么提升呢，TSMC給出的答案是先進封裝。在Plenary Talk中，TSMC的PPT里面系統級先進封裝技術創新甚至被畫在了芯片級創新的上方。

　　下一代先進封裝系統的核心：IO和存儲器

　　TSMC提出的下一代先進封裝技術稱為SoIC，System of Integrated Chips（集成電路系統），這個名稱應該是從目前常見的SoC演變而來，意思是SoIC將會繼承SoC的衣缽而成為下一代芯片系統的主要范式。

　　SoIC相對于友商的技術（例如Intel的EMIB）到底強在哪里？TSMC給出了一個很有用同時也很有意思的指標，就是IO密度。TSMC目前的SoIC中可用的最先進封裝互聯技術為3D Fabric，該技術可以把多塊芯片堆疊在一起，而芯片之間的IO間距可以小到1um左右，這相對于其它基于bump的3DIC技術小了一個數量級。

　　在TSMC的愿景中，過去的SoC是把多個IP平面集成在一個芯片里，而SoIC則是把多個芯片粒（chiplet）以3D堆疊的形式集成在一起，然后這個SoIC就可以看作是一塊芯片。目前，TSMC已經實現了使用3D Fabric技術完成的12層堆疊SoIC，這也將是高級封裝領域的一個重要里程碑。

　　為什么IO這么重要？關于這個問題，我們認為其中一個重要原因是未來半導體芯片市場的一個重要驅動力是高性能計算（包括人工智能），而高性能計算中內存墻已經越來越成為問題。

　　舉例來說，目前互聯網巨頭在云計算人工智能領域中對算力需求最大的是推薦系統，而推薦系統的模型往往非常大，可以輕易到達GB數量級甚至有可能在未來數年繼續演進到TB數量級。對于這樣的模型，幾乎都是IO/memory bound，因此TSMC才會把IO列為其下一代先進封裝技術的關鍵指標。

　　根據TSMC的預測，其SoIC技術可望將IO密度增加一個數量級，從而滿足這類高性能計算的需求。

　　當然，除了IO之外，存儲器也將會是下一代計算和芯片系統的核心。對于高性能計算來說，如前所述，IO和Memory決定了系統的性能;而對于低功耗應用來說，降低內存訪問帶來的能量消耗也將是核心優化方向。鑒于此，TSMC認為在下一代芯片系統中，最優的解決方案應該就是使用高級封裝技術把邏輯芯片和存儲器芯片更緊密地集成到一起，以滿足高性能計算對內存帶寬和移動應用對于低功耗內存訪問的需求。

　　高級封裝將改變行業格局

　　總體來說，TSMC在ISSCC 2021上的演講邏輯很明確：靠特征尺寸縮小帶來的性能提升已經很有限，而下一代芯片系統的演進方向就是高級封裝技術，以滿足高性能計算對于內存帶寬和移動應用對于低功耗內存訪問的需求。

　　同時，TSMC在高級封裝領域的大力投入也意味著高級封裝技術的重心正在慢慢從后端封裝廠移到前端半導體代工廠。回顧過去，在Flip Chip以及PoP、SIP時代，大多數封裝技術都是在后端封裝廠完成，與半導體代工廠關系不大;而在2.5D/3DIC封裝開始，TSMC開始大舉進軍高級封裝市場，而以SoIC，3DFabric已經儼然是代工廠的一項主要業務了（換句話說，其他封裝廠都沒有能力做下一代高級封裝技術，而必須由TSMC這樣的代工廠做）。

　　如果TSMC主推的SoIC成功成為下一代芯片系統的主流技術，那么TSMC將會在半導體行業更加強勢，而中國本來代工廠較弱，封裝廠較強的局面將會變成代工和封裝技術都較為落后。這一點非常值得中國半導體行業的同仁關注。
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