1975年摩爾在IEEE大會發表一篇論文,根據當時的情況,將之前的預測,由每年增加一倍,修正為每兩年增加一倍,這就是半導體業界著名的「摩爾定律」。
55年來,半導體產業依循「摩爾定律」,性能以幾何級數般的快速發展,造就今日突飛猛進的高科技。
然而目前半導體制程推進到5納米,已經離「物理極限」愈來愈近,「摩爾定律」的發展進程,恐離「盡頭」不遠。
為了增加半導體的性能,在制程技術尚未推進到一新節點時,透過先進封裝技術,將數種不同制程的「小芯片」(Chiplet),「異構整合」在一起,提升芯片的效能,并且可降低成本。
不同用途的半導體元件,能夠使用的最先進半導體制程不盡相同。舉例而言,記憶體目前最先進制程為14納米左右,而邏輯制程已推進到5納米。
因此在SOC(系統單芯片)中,勉強將不同性能的元件整合在一起,不僅技術復雜,而且無法妥善利用芯片的空間及效能。
為了增加新性能,將新功能的模組勉強整合到芯片,將增加芯片的面積,這對先進制程而言,成本將不符經濟原則。在整合型的SOC中,某些模組并不需要最先進的制程,因此將不同性能的模組制成「小芯片」,然后透過先進的封裝技術將「小芯片」整合成系統芯片。
早在2012年,臺積電就開始利用CoWoS (Chip on Wafer on Substrate)先進3D封裝技術,為客戶生產FPGA。2014年臺積電與海思合作推出全球第一個使用CoWoS封裝技術,將3個16納米芯片整合在一起,具網絡功能的單芯片。
讓「小芯片」開始吸引大家目光的是AMD(超微)于2019年推出的Zen 2 (又稱Ryzen 3000)CPU。Zen 2是使用3個「小芯片」封裝而成,其中2個7納米制程的8核CPU,及1個14納米制程的I/O(輸入/輸出)。
AMD從2019年起,全面采用「小芯片」架構技術,因此產品功能全面提升,獲得市場好評,銷售成績斐然。
除了AMD外,英特爾也積極發展「小芯片」技術,旗下的Altera的FPGA Stratix 10,是英特爾第一顆采用「小芯片」架構的IC。Stratix中心,是FPGA晶粒(Die)周圍有6個「小芯片」,以先進封裝異質整合而成。。
賽靈思的Virtex-7 2000T采用4個「小芯片」架構的設計。
人工智能(AI)芯片需要高效能運算功能,并且需整合高頻寬記憶體,高速I/O、高速網絡等模組,「小芯片」架構是最佳、最具經濟效益的設計。
微處理器(MPU)、圖形處理器(GPU)以及FPGA是「小芯片」目前最大的應用市場,以微處理器而言,使用「小芯片」架構的產值將由2019年的6.5億美元,成長到2024年的26億美元。
從整個半導體市場來看,使用「小芯片」架構的芯片產值,將由2019年的7.8億美元,成長到2024年的65億美元。
「小芯片」架構的IC,透過多顆「小芯片」提高每顆IC可容納電晶體的數量,并且可降低使用先進制程的成本。「小芯片」技術中,不可或缺的先進封裝技術,是將來半導體科技發展的重要項目。
責任編輯:tzh
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