分手很难

你以前从来没有听到过很多关于封装芯片的公司的消息:用市场分析师的话说，外包半导体组装和测试(OSAT)提供商。随着在某些领域，设计师想要在芯片上植入的东西与他们能在芯片上植入的东西之间的不匹配越来越大，这种情况开始发生变化。osat现在是芯片制造行业如何发展的核心。

人工智能(AI)业务是一大推动力。至少就目前而言，这是一个对处理器和内存有着无法满足的需求的行业，最好是将所有处理器和内存都放在一个芯片上。如果你被称为大脑，一个芯片是远远不够的。如上图所示，你需要几乎整个晶圆来为该公司的一个人工智能训练加速器提供动力。

其他供应商，如AMD，在过去几天推出了一系列服务器处理器，也热衷于降低成本。在去年的超大规模集成电路会议上，高级工程师Samuel Naffziger展示了一张图表，说明了许多芯片制造商所面临的问题。尽管规模化是基于每个晶体管的成本随着每一代硅的生产而下降的理念，但每毫米的成本一直在稳步上升。近年来，这个过程并不稳定。在从45nm到14nm的五代中，整体成本增加了一倍。14nm的晶体管数量至少是45nm的十倍，这似乎是一笔相当不错的交易。

不过，对于芯片制造商来说，也有一个坏消息，这应该会让osat更高兴一些。7纳米制程的成本大约是14纳米制程的两倍，中间只使用了一代硅。虽然现在毫无疑问，晶圆代工厂可以将技术推进到理论上的2纳米工艺，但他们并没有承诺无论如何这将是一个更便宜的工艺。由于2nm可能意味着把东西堆叠在一起，你可以期待每平方毫米更多的美元。

还有第二个问题。能够挤进更多晶体管的能力实际上只意味着为数字电路提供最小尺寸的晶体管。模拟电路在许多代中都没有从扩展中受益太多。在当今先进的硅器件中，无法施加超过几伏的电压，这使得模拟设计人员的工作更加困难。即使在数字领域，设计师也发现转移到下一个节点的好处是有限的。如果设计受到处理元素与相邻处理元素之间需要建立的连接数量的限制，那么坚持使用旧的流程可能更有意义。如果您有一些元素需要与外部I/O和内存通信，那么它们在旧进程中通常也更具有成本效益。

就像“大脑”一样，AMD也找到了答案:将功能拆分，这样只有那些能够证明花哨的新工艺合理的部分才能得到它。其他元素，如内存和I/O管理器，在AMD和英特尔的世界中被称为“非核”，可以放在旧处理器上的硅上。然后你把这些碎片组装在一个包里，整个东西就可以作为一个设备出售了。这有一个附带的好处，可以更容易地提供许多不同的选项，比如在AMD的多核处理器的情况下，一系列的核心计数。

其他公司也在认真考虑芯片组的选择，在芯片组中，你不必自己设计所有的比特，而是购买处理器复合物和I/O接口等组件。从概念上讲，这很像为PCB订购零件。实际上，当处理去掉通常包装的芯片时，事情就变得棘手了。

在最近由贸易组织SEMI组织的技术联合全球峰会上，OSAT专家日月光集团高级副总裁Chang Yin详细介绍了芯片制造商将多个芯片放入一个封装中的选项。就连几年前开始从事封装技术副业的代工公司台积电(TSMC)也有三种不同的方法。使用哪种技术远不是一个简单的选择。

英特尔的可编程逻辑部门喜欢使用其母公司的EMIB技术，该部门与AMD去年决定收购的赛林克斯公司(Xilinx)竞争。这就把除了电路痕迹之外是空白的小芯片放在两个相邻的芯片下面。这提供了一个更清晰的信号路径之间，而不是试图使用铜线画在周围的塑料包装表面。这些用于芯片的芯片避免了将高速I/O接口放在核心数字设备上的需要。EMIB工作得很好，因为到这些接口的接口可以很容易地放置在核心设备的任何一侧。

当你看到多核处理器时，像EMIB这样的方法并不能很好地工作，因为信号可能必须穿过几个芯片才能到达目的地。一个答案似乎是只使用一个大的emib类型的层:一个硅中间层。这有两个缺点。考虑到你需要制造空白晶圆并将其用作美化的pcb，这是昂贵的。第二个缺点是电信号不容易穿过这么大的一块硅片。你要么需要插入器上的主动中继器，要么重新设计顶部芯片上的I/O。到此为止，您不妨咬紧牙关，将这些I/O通道设计为在传统封装上使用的铜通道上工作。这或多或少就是AMD所做的。

另一个问题是这些多芯片封装所占的面积。你可以把芯片堆叠在一起，这在手机的处理器和内存设备中已经是一种常见的方法。这只是一个便宜的选择，如果你有布线在外面，再一次，设计I/O来处理pcb风格的路由。这会增加能耗。避免这种情况的一种方法是在芯片上钻孔，并使用通硅孔(tsv)将信号从底部传送到顶部。坏消息是，tsv会破坏很多区域，因为它们会在每个小通道周围产生压力。而且它们很贵。人工智能客户希望使用一种名为HBM的3d堆叠内存格式，但即使是他们也因为成本问题而犹豫不决。

除了这些选择之外，芯片制造商还面临着如何在进入这些更复杂的封装之前测试他们的设备的问题。现在，答案是他们没有。在设备包装之前，你能做的测试是非常有限的。如果一个芯片是一个无用的，它将使组合无用，但没有一个好的方法来确定它是否是一个无用的。所以他们做了一些基本的筛选，并试图利用冗余等技术，希望任何缺陷都不是完全的芯片杀手。

这些问题意味着包装正在变得越来越重要，赢家出现还需要几年时间。他们将是那些能够找到一种方法将低成本与性能结合起来，对即将推出的设备进行有效的预筛选，并有可能找到一种方法来提供不那么复杂的选择。