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解決芯片間互連 看3D封裝最新進展

時間：2007-07-26 09:52:34
關鍵字： 芯片    3D封裝    BSP    IBM   
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[導讀] IBM計劃在今年樣產首款利用金屬實現(xiàn)芯片間直接互聯(lián)的商用器件，這一改動雖小，但是在向3D封裝的演進途中，它卻堪稱是一件意義重大的里程碑式事件。這種新型的芯片設計方式，可能會提高多種系統(tǒng)的性能，并降低其功

    IBM計劃在今年樣產首款利用金屬實現(xiàn)芯片間直接互聯(lián)的商用器件，這一改動雖小，但是在向3D封裝的演進途中，它卻堪稱是一件意義重大的里程碑式事件。這種新型的芯片設計方式，可能會提高多種系統(tǒng)的性能，并降低其功耗和成本。 

    在2008年，IBM這位藍色巨人的新型功放也將投入量產，據(jù)稱該產品可與電源接地層實現(xiàn)多達100個直接金屬連接。該連接方式可將產品功耗降低40%，而這在手機或Wi-Fi適配器中至為關鍵。

    目前，行業(yè)內共有大約十幾家公司在追求被稱為“硅片直通孔(TSV)”或其它形式的3D封裝技術，并將其作為芯片間直接互連的下一個巨大飛躍，而IBM正是其中之一。4月下旬，一組半導體專家曾聚在一起，首次為TSV技術草擬行業(yè)發(fā)展藍圖，該小組希望正式的發(fā)展藍圖能夠在今年年底出爐。

    3D封裝技術超越了目前廣為使用的系統(tǒng)級芯片(SoC)和系統(tǒng)級封裝(SiP)方法。使用該技術，原始硅裸片通過幾十微米寬的微小金屬填充孔相互槽嵌(slotinto)在一起，而無需采用基層介質和導線。與目前封裝方式所能達到的水平相比，該技術能以低得多的功耗和更高數(shù)據(jù)速率連接多種不同器件。

    “為連接這些微米級過孔，時下采用的毫米級導線需要成百倍地被細化?！毙酒a業(yè)研發(fā)聯(lián)盟Sematech互連部門主管SitaramArkalgud表示，“最終目標是找到一種方法將異類堆棧中的CMOS、生物微機電系統(tǒng)(bio-MEMS)，以及其它器件連接起來。為此，業(yè)界或許需要一個標準的3D連線協(xié)議來放置過孔?！盇rkalgud將幫助起草3D芯片發(fā)展藍圖。

    “這將為芯片產業(yè)開辟一片全新的天地。”WeSRCH網(wǎng)站(由市場研究機構VLSIResearch創(chuàng)辦)負責人DavidLammers表示。

    攀登3D階梯

    IBM將采用漸進方式啟動3D封裝技術。除了功放，IBM還計劃采用該技術將一個微處理器與接地層連接，從而穩(wěn)定芯片上的功率分布，而這將需要100多個過孔來連接穩(wěn)壓器和其它無源器件。

    IBM已經(jīng)完成了這樣一個設計原型，并預計此舉能將CPU功耗減少20%。“不過，我們還未決定將其插入產品計劃的哪個環(huán)節(jié)?！盜BM探索性研發(fā)小組高級研發(fā)經(jīng)理WilfriedHaensch表示。

    最終目標是采用數(shù)千個互連實現(xiàn)CPU和存儲器間的高帶寬連接。IBM已將其BlueGene超級計算機中使用的定制Power處理器改為TSV封裝。新的芯片將與緩存芯片直接匹配，目前，采用該技術的一個SRAM原型正在IBM的300mm生產線上利用65nm工藝技術進行制造。

    “我敢打賭，到2010年將出現(xiàn)采用該方法連接緩存的微處理器。”Lammers指出，“我認為，真正需要這種技術的，是那種超過10個內核的處理器場合。在這種情況下，處理器和存儲器間的帶寬確實是個問題?！?

    在英特爾和AMD間正在進行的博弈中，該新技術將成為一個重要籌碼。雖然AMD與IBM合作開發(fā)工藝技術，但AMD可能需要向IBM申請這種封裝技術的特別使用許可——這也許會發(fā)生在32nm時代，Lammers介紹。
 

    英特爾也在開發(fā)TSV技術。英特爾計劃在未來的萬億赫茲研究型處理器中采用這種技術，該公司研發(fā)部負責人JustinRattner在去年的英特爾開發(fā)者論壇上曾如此表示。

    TSV可把芯片上數(shù)據(jù)需要傳輸?shù)木嚯x縮短1,000倍，并使每個器件的互連性增加100倍，IBM聲稱?！斑@一突破是IBM十多年的研究結晶?！?strong>IBM半導體研發(fā)中心副總裁LisaSu表示。

    芯片制造商的3D互連研究歷時多年，但截至目前，該技術仍被認為是一種昂貴的、針對特定小應用領域的技術。工程師一直在研究通孔、晶圓級邦定，以及其它替代技術。由于眾多專家相信2009年將出現(xiàn)一場互連危機，所以對3D互連和封裝的需求已變得日益迫切。這場危機的根源在于：隨著芯片工藝節(jié)點的縮小，芯片設計中鋁或銅導線變得越來越細，從而會導致潛在的時序延遲及多余的銅阻抗。

來源：電子工程專輯

作者：tee

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關鍵字： 倪光南 RISC-V 半導體 芯片

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