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不偏不倚,说说芯片堆叠技术对我国芯片制造的影响到底有多大
2023-04-12 来源:网络整理
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关键词: 芯片 龙芯 5G

中国芯片企业龙芯发布了全新的服务器芯片龙芯3D5000,值得注意的是这是国内首款采用了芯片堆叠技术的芯片,将两颗3C5000堆叠在一起推出了3D5000,性能提升一倍,满足了服务器芯片的要求。


龙芯3C5000为一款16核处理器,其采用了国产14纳米工艺生产,加上芯片堆叠技术之后,双精度浮点性能可达1TFLOPS(1万亿次),足以满足主流服务器对芯片性能的要求。



龙芯3D5000服务器芯片在国内有广阔的发展前景,因为服务器芯片对主流的Windows系统依赖不高,国内的服务器操作系统只有两成左右采用Windows,华为的欧拉、阿里龙蜥操作系统在国内服务器市场占据优势市场份额,因此可以实现服务器从芯片到操作系统都国产化的目标。

国产服务器芯片已成为国产替代最成功的行业,从数年前国内就已推进服务器芯片国产化,中国移动、中国电信、建行的几次招标都给予国产服务器芯片不小的市场份额,不过当时的国产服务器芯片大多都是ARM架构,性能不够强。

如今的龙芯3D5000的性能已是ARM架构服务器芯片的四倍,足够强大的性能,可以进一步加速服务器芯片国产化,这对于美国试图从服务器芯片着手,影响中国的AI技术、云计算等的发展落空。


芯片堆叠技术

芯片堆叠是一种封装技术,并非晶圆制造技术。

芯片堆叠可以将存储、逻辑、传感器、基带等集于一体,能够提高性能、增强功能、缩小尺寸,甚至可以将摩尔定律向前延伸。

传统芯片是一个二维平面,而芯片堆叠是一个三维平面,可以将芯片上下叠加,通过TSV提供多个晶片垂直方向的通信。

目前芯片堆叠主要分为四种:


第一种、基于芯片堆叠的3D技术

将相同的裸芯片上下堆叠,然后通过两侧的接合线进行连接,最后进行封装。堆叠方法可以是金字塔型,悬臂式,并排式等。


第二种、有源TSV堆叠

两个或两个以上的裸芯片堆叠在一起,通过TSV技术将基板、芯片之间相互联通。


第三种、无源TSV堆叠

两个裸芯片之间放置中介层,中介层具有硅通孔(TSV),上下两个芯片通过中介层连接在一起。


第四种、存储芯片堆叠

该技术主要应用于NAND闪存上,这种存储芯片附在有机基板上,即使采用八个芯片堆叠,它们的总厚度(560μm)仍小于普通芯片的厚度。



芯片堆叠在不断的发展中形成了很多优势:

降低芯片设计的复杂性。在芯片设计阶段,可以对单个不同的模块进行分类设计,这样大大降低了设计的难度和复杂度。

降低芯片的制造成本。在芯片制造过程中,不必对每个模块都采用5nm、3nm的先进工艺,例如通讯模块就可采用14nm的成熟工艺。

提高芯片的良品率。芯片堆叠技术可以将系统性芯片分割成独立的模块,进行单独制造,从而降低制造的难度,提高芯片的良品率。

当然也有很多弊端:

芯片堆叠是可行的,前景也不错,但是恐怕很难应用到智能手机上。因为芯片堆叠需要更多的封装空间,以及面临功耗增大、散热需求增大的问题。

智能手机空间已经瓜分完毕,甚至连续航需要的大容量电池都不敢做,此时还要将多个芯片封装在一起,恐怕不太现实,毕竟大家不想整天抱着一块板砖。


3D堆叠应用商业化普及

苹果此前已经向我们证明,芯片堆叠技术是可以大幅提升处理器的性能的。前不久发布的M1 Ultra芯片,就是通过两块M1 Max芯片封装而来的。

M1 Ultra将两枚M1 Max中隐藏的芯片间互连模块(die-to-die connector)通过技术手段整合在一起,苹果将其称之为“Ultra Fusion”架构,拥有1万多个信号点,互连带宽高达2.5TB/s,而且延迟、功耗都非常低。

这种堆叠方式可在性能、能耗和功能上带来各种意想不到的好处。

没有这种技术,苹果智能手表Apple Watch也就无法做出来,三星最先进的固态存储器、来自英伟达和谷歌的人工智能系统和索尼超级快速的新型相机也不例外。

芯片堆叠也带来了一些全新的功能。有的手机摄像头将图像传感器直接叠加在处理图像的芯片上面。额外的速度意味着,它们能够对照片进行多次曝光,并将其融合在一起,在昏暗的场景里捕捉到更多的光线。

3D堆叠式芯片的普及非常快速,它们也必然会成为行业主流。10年前,该技术几乎仅仅存在于高校实验室;五六年前,还难以找到它的商业化案例。但它如今如雨后春笋般涌现,出现在各类的应用上,如网络化、高性能计算和Apple Watch等高端可穿戴设备。


芯片堆叠技术推动国产芯片量产

在诸多限制和封锁下,我国一直缺乏半导体关键设备EUV光刻机,这就导致中国在推进7nm工艺乃至更先进的工艺方面始终无法突破,但是中国芯片行业采取了两条路线齐步走的方式发展芯片。



其中一条路线就是积极推进国产芯片制造产业链的完善和技术升级;另一条路线则是研发先进的封装技术,例如华为芯片堆叠技术将两枚同样以14nm工艺生产的芯片堆叠在一起,从而取得接近7nm工艺的性能。

堆叠技术并非新技术,华为此项专利只是其中一个堆叠方法的专利展示。至少为国内被芯片“卡脖子”提出了解决方案之一,在此研发过程所沉淀和积累下来的研发能力、研发队伍、研发平台也是有价值的。

Tensun腾盛作为在半导体封测领域有着十六年经验的精密装备供应商,也一直不断探索SiP先进封装领域产品设备的开发和制程应用,致力于为客户提出半导体制程封测的解决方案。

只要有市场,中国芯片就能引领世界,芯片堆叠技术能最大化发挥目前的国产芯片资源优势。5G技术融入到各行各业,帮助传统企业快速转型升级,利用我们自身的优势去提高行业发展。



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