芯片性能隨著制程的不斷提升而逐步放緩,到了4nm,3nm工藝,進一步突破摩爾定律極限,外界以為芯片性能可以呈現指數級增長,可是性能提升的幅度并沒有超出預期,而且伴隨而來的是功耗問題。
另外美國芯片規則的存在,讓國產芯片需要做更多的努力。有官媒對此正式發聲,稱中國用芯片封裝技術繞過美禁令。
什么是芯片封裝技術?芯片封裝能延續摩爾定律嗎?
芯片封裝的反擊
芯片是一個復雜的集成電路元器件,一顆指甲蓋大小的芯片,采用了高端先進的5nm,4nm制程技術可以,可以容納上百根晶體管。晶體管越多,計算能力越強,也意味著更強大的性能水準。
在傳統的芯片制造產業中,提升芯片性能的方式有很多。要么是從供應鏈入手,由ASML提供更好的光刻機設備產品,要么是從芯片制造商作為切入點,提高芯片制程。
不過這些方法都離不開多方的協同配合,即便芯片制造商解決了制程問題,探索出更先進的芯片制造技術,如果沒有半導體設備,材料供應商的配合,也很難完成芯片生產,更別說提高芯片性能了。
但眼下國產芯片需要解決的不僅僅是提升芯片性能問題,還得確保芯片產業的可持續進步。從國產化28nm到14nm,甚至更先進的制程技術,都有待長期探索。只是美國制定了芯片規則,在獲取一些頂級的EUV光刻機設備方面有一定的變數。
所以該如何讓芯片在沒有EUV光刻機的參與下,還能取得更大的性能突破嗎?有官媒正式發聲,指出芯片封裝技術可以繞過美禁令。
按此所說,封裝技術會作為芯片反擊的方式,那么什么是芯片封裝技術呢?
芯片封裝是芯片制造的后端產業,一顆芯片會經過設計,制造以及封裝等環節。而封裝環節需要將制造好的芯片用特殊的封裝技術,固定在集成電路芯片所用的外殼,讓芯片能夠和其它電子元器件連接。
傳統的封裝工藝主要采用2D封裝,但隨著芯片制造技術的加強,也漸漸發展到2.5D以及3D封裝。
在這些封裝技術中,根據客戶的需求,掌握封裝能力的廠商,會采用不同的封裝工藝。比如臺積電為蘋果封裝M1 Ultra時,采用的封裝工藝就是InFO-LSI。在InFO-LSI封裝工藝的支持下,將兩顆M1 MAX連接在一起,變成性能更強大的M1 Ultra。
所以這里又涉及到新的封裝概念,也就是芯片堆疊。顧名思義,芯片堆疊就是將兩顆芯片堆疊使用。雖然M1 Ultra是疊加組合使用,但是因為設備可容納芯片空間面積更大,所以是平面展開。
如果設備容納芯片面積有限,多半就要用3D封裝,以節省芯片使用面積了。
總的來說,芯片封裝的確是一項具有前瞻性的技術,目前臺積電、三星、中芯國際等等都在參與布局。而中芯國際前副董事長蔣尚義說過,摩爾定律已經接近物理極限,但芯片工藝會一直走下去,先進封裝就是后摩爾時代布局的技術。
芯片封裝能延續摩爾定律嗎?
以前大部分的芯片制造商通過布局先進工藝,大量采購ASML頂級的EUV光刻機設備,對先進制程投入巨額的研發資金,終于將先進工藝芯片發展到了5nm,4nm的程度。
三星已經量產出更先進的3nm,臺積電也會在今年下半年實現3nm量產。但是官媒發聲讓我們意識到先進封裝同樣十分重要,就連芯片行業大佬蔣尚義也將先進封裝定義為后摩爾時代應該布局的技術。那么芯片封裝能延續摩爾定律嗎?
從理論上來看,的確有這個可能性。因為封裝技術本質上是改變芯片的安裝方式,更大程度發揮芯片的效益。節省用于先進工藝資本開支的同時,也讓封裝產業締造新的輝煌。
往后芯片制造商提升芯片性能不僅僅是采購EUV光刻機,如果能全面推進封裝技術的芯片堆疊,把兩顆芯片當作一顆芯片使用,性能豈不是刷新單顆芯片的紀錄了。
摩爾定律認為,集成電路可容納的晶體管每隔2年就會翻倍。按照芯片堆疊的概念,估計不需要兩年,直接將兩顆芯片堆疊在一起,就能實現翻倍的效果,因此摩爾定律的極限自然會延續下去。
當然,這條路還很漫長,目前摩爾定律尚未走到盡頭。到2025年時期,ASML還會推出更先進的NA EUV光刻機,屆時臺積電,三星將全力攻克2nm芯片工藝。
寫在最后
人類發展芯片的歷史長達半個世紀,未來幾十年,還能不能從傳統的工藝路徑取得更大的突破,我們不得而知。但芯片作為科技產業的基石,只是希望國產芯片能放大產業布局,正所謂條條道路通羅馬,芯片封裝或許就是通往羅馬的一條道路。
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本文轉自:青源科技談
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