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摩尔定律的尽头,Chiplet冉冉升起

时间:2020-12-11 作者:Don Scansen 阅读:
集成电路需要最先进的工艺技术,以及最新封装技术与多种Chiplet设计相结合,这些事实充分表明了半导体产品已经进入了一个新时代。
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我的一个好朋友兼老同事最近提醒我,活在当下最重要,不必想得太过遥远。这个建议同样适用于技术领域。例如,我们应该重视像“英特尔架构日”这种仅往前预测数年的活动,而不要去纠结专家们那些“超越CMOS技术极限”之后的长期预测。

这绝不是否认超越摩尔定律的必要性,我们当然可以采用各种独特的方法来榨出摩尔定律的最后一点价值。恰恰相反,我想提出的警告是,要想维持这些技术半个世纪以来的创新曲线,我们要做的远不止晶圆工艺和硅芯片级别的集成。我们的机会不仅有短期的,也有长期的。

以片上系统(SoC)为例,由于芯片在设计中不断被添加更多的功能,因此自然而然地,大家把增加硅片集成度的推动力放在了缩放概念上。随便打开任何一个顶级芯片制造商的产品目录,你都会立即了解SoC产品的普及程度。这个曾经高大上的名称现在已变得司空见惯。

纳善如流,我决定深入研究英特尔在做的事情。尽管有传言说英特尔已走上末路,但显而易见,它还在继续大力投资以推动技术发展。英特尔媒体公关人员一如既往地努力工作,在一些关键点上为我们提供易于理解的切入点。

英特尔将其发展之路描述为,“下一个计算时代技术创新的六大支柱”。

六大支柱

在2020年的架构日上,英特尔高级副总裁兼首席架构师(架构、图形和软件)Raja Koduri提出了下一个颠覆性的公司愿景,它将推动整个行业超越移动革命(mobile revolution)。Koduri预期,在超越“移生万物”(Mobile Everything)和“云生万物”(Cloud Everything)后,超越万亿次的计算革命和千亿级的智能连接设备将创造“智连未来”(Intelligent Everything)。

很有意思的畅想不是吗?但可能有点扫兴,但本文讨论的更多是涉及当今的技术。

所以,我们回头来看英特尔技术的六大支柱之一,封装。这就对了,英特尔六大技术支柱涵盖了用于人工智能和万亿次计算的全方位新体系架构和软件,而工艺和封装被视为其中之一,被给予了与其他支柱技术同等的地位。几十年来,英特尔凭借其工艺创新一直是摩尔定律的主要推动者,而认识到封装的重要性至关重要。

众所周知,英特尔采取了多项举措,将封装作为提升集成度的主要角色。

英特尔技术人员开发了嵌入式多芯片互连桥接(EMIB),以提高标准封装衬底内关键点的互连密度。这个概念取代了用大型硅中介层做主要互联桥接的老旧思想,成为将多个芯片连接到封装衬底上更好的技术。另外,EMIB还消除了硅通孔(TSV)的复杂性,使这个概念更具有发展性,并具有成本效益,可用于实现异构集成。

Foveros技术则将3D芯片堆叠带入了逻辑设备。下一步,英特尔将结合EMIB与芯片堆叠,在芯片产品上实现更高级别的集成。

英特尔封装技术发展(来源:英特尔)


聊到现在还没有提到标题里的关键术语,您也许会感到奇怪。在这些封装集成方案中使用的功能较少的芯片被称为Chiplet(中文译为“芯粒”或“小芯片”)。除了更复杂的SoC之外,这个名称还用于区分专用集成电路芯片。

我年轻的时候,有一种流行的口香糖Chiclets(这可能会暴露我的年龄),很容易和Chiplets混淆。我电脑的自动更正也喜欢将它改为“chipset”。但先不管Chiclets吧,因为我们要讨论的是Chiplet。

未来,还有很多开放标准要研究,还有很多研究经费要投入,这些都为Chiplet新产品以及支持其生态系统发展所需的服务带来新商机。多亏了EETimes全球联播(EETimes On Air),Brian Santo (编按:EETimes美国版主编) 让我知道DARPA(美国国防高级研究计划局)也在这一领域进行了投资。所有这些都具有地缘政治方面的因素,有很多要讲的内容,敬请期待。

要了解我们有多接近快速扩展阶段,需要把注意力转移回移动领域。如果您还记得的话,那是英特尔谈到的第二个重大步骤,并且是数字革命三时代的中间阶段。如今,移动确实意味着一切,而且,有谁能比高通更清楚这一点呢?

封装是一项设计要素

在EETimes全球联播的指引下,我去YouTube上寻找DARPA的电子复兴计划报告。其中最著名的是高通首席执行官Steve Mollenkopf所做的全场报告。

Mollenkopf在他的报告中断言,“移动为半导体行业指明了方向”。他指出,高通曾经由台积电代工生产了一到两个节点,而现在苹果和高通的芯片已处于采用先进工艺的最前沿。其中大部分被移动设备领域的玩家们吸纳,以让他们的产品用上最先进工艺制造的芯片。

封装技术推动高通5G设计演进(来源:DARPA ERI 2019)

Mollenkpf提到,Chiplet发展的关键点和核心是——“做RF那帮人说的算”,因为数字处理技术对于5G移动性能的提升已经到了极限。他还认识到,对相控阵列天线等物联网技术的许多原始研究,为如今的商业实体和消费者提供了使能技术。也许,更多关注基础国防研究将使美国在商业技术竞赛中保持领先地位。当然,这是另外一个话题。

Mollenkopf还提到了专门化的需要,因为Chiplet是专为特定任务设计和构建的。接下来,他还谈到封装的重要性,“……公司正计划将封装作为其中一个设计元素。”

对于高通及其在移动设备领域的竞争对手而言,这是一场多战线的战争。高通公司强调其集成电路需要最先进的工艺技术,以及最新封装技术与多种Chiplet设计相结合,这些事实充分表明了半导体产品已经进入了一个新时代。

(参考原文:摩尔定律的尽头,Chiplet冉冉升起)

责编:Amy Guan

本文为《电子工程专辑》2020年12月 刊杂志文章,版权所有,禁止转载。点击申请免费杂志订阅  

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