臺(tái)積電前共同營(yíng)運(yùn)長(zhǎng)、現(xiàn)任中芯國(guó)際獨(dú)董的蔣尚義昨（22）日出席研討會(huì)發(fā)表全球半導(dǎo)體現(xiàn)況，并指出大陸要在半導(dǎo)體領(lǐng)域追趕差距不能只看芯片，而是要改良整體系統(tǒng)層面，先進(jìn)的封裝技術(shù)將成為當(dāng)中關(guān)鍵。
媒體報(bào)導(dǎo)，蔣尚義昨出席南京「2018年集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展研討會(huì)」進(jìn)行演講，針對(duì)摩爾定律、半導(dǎo)體現(xiàn)況發(fā)表看法。據(jù)悉，蔣尚義在演講時(shí)還一度因踩空而從舞臺(tái)跌落至地上，似乎有扭傷，但所幸大致無礙，蔣尚義也在臺(tái)上堅(jiān)持至演講結(jié)束。
對(duì)于大陸半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，蔣尚義分析，由于起步較晚，大陸在半導(dǎo)體技術(shù)的追趕上一直都很辛苦，但仍存在趕超的機(jī)會(huì)，但需要放大眼界，不能只著眼芯片領(lǐng)域。
蔣尚義認(rèn)為，摩爾定律的速度將會(huì)放緩甚至有可能見底，故預(yù)測(cè)未來半導(dǎo)體領(lǐng)域中的重點(diǎn)并不僅在芯片，要從系統(tǒng)全面改良，有長(zhǎng)遠(yuǎn)眼光才能提前布局，才有趕超機(jī)會(huì)。
大陸在今年中興通訊受美國(guó)禁售令制裁后，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)芯片能力不足的檢討聲浪，而引起各路資本開始追逐新創(chuàng)芯片公司，包括阿里巴巴、華為等大陸巨頭也接連發(fā)布在芯片領(lǐng)域的相關(guān)布局。
但蔣尚義呼吁大陸業(yè)者眼光不能僅限縮在芯片，要放遠(yuǎn)至整體系統(tǒng)層面，他還表示，在整體系統(tǒng)中，如何將環(huán)環(huán)相扣的芯片供應(yīng)鏈整合在一起，則是未來發(fā)展的重中之重，而封裝行業(yè)將在其中扮演重要角色。蔣尚義指出，未來有先進(jìn)封裝技術(shù)的半導(dǎo)體世界樣貌將會(huì)完全不同，故當(dāng)前重點(diǎn)是要讓沉寂30年的封裝技術(shù)開始成長(zhǎng)。
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在目前，摩爾定律的發(fā)展由于器件特征尺寸接近極限而正在變慢。那么如果摩爾定律遇到瓶頸了，我們?cè)撛趺崔k呢？有一種思路，就是“More than Moore”，即不使用直接縮小器件而是挖掘CMOS電路系統(tǒng)其他地方的潛力來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)集成度和性能的提升。而UCLA的教授Subramanian (Subu) Iyer的志向是使用封裝技術(shù)來實(shí)現(xiàn)“More than Moore”。
在當(dāng)代SoC技術(shù)中，所有的片上模塊都必須使用同樣的工藝。然而，這樣會(huì)遇到各種各樣成本以及技術(shù)上的問題。從模塊劃分角度來看，不同的模塊有不同的需求。舉例來說，高性能數(shù)字模塊（如GPU和APU中的運(yùn)算單元）需要非常快的操作速度，因此更適合使用特征尺寸小的先進(jìn)CMOS工藝。相反，對(duì)于模擬、射頻以及混合信號(hào)電路來說，先進(jìn)制程中由于電源電壓較小，因此會(huì)導(dǎo)致較低的信噪比以及較差的線性度。
因此，這些電路其實(shí)更適合使用較成熟的工藝去實(shí)現(xiàn)。如果使用SoC，則所有模塊都使用同一種工藝，顯然不是最優(yōu)解。因此，使用封裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)More than Moore的第一個(gè)好處就是不同的模塊可以用各自合適的工藝去實(shí)現(xiàn)，最后再用封裝技術(shù)集成在同一封裝內(nèi)。
More than Moore第二個(gè)解決的問題是內(nèi)存訪問問題。之前提到過，Iyer提出的eDRAM可以部分解決片上SRAM不夠大的問題，但是對(duì)于主內(nèi)存（容量高達(dá)幾GB）的訪問功耗和延遲問題，光eDRAM還是不夠的。More than Moore通過高級(jí)封裝技術(shù)把內(nèi)存與處理器放在同一封裝內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)高速內(nèi)存訪問。目前Nvidia的GPU已經(jīng)在使用基于HBM封裝技術(shù)的超高速內(nèi)存以保證性能，可以說是More than Moore的勝利。
話說回來，Iyer在UCLA的More than Moore研究是大規(guī)模異質(zhì)互聯(lián)。目前異質(zhì)互聯(lián)的模塊數(shù)量還不高，往往只有兩三個(gè)芯片模塊在封裝內(nèi)做異質(zhì)互聯(lián)。Iyer的研究目標(biāo)則是把異質(zhì)互聯(lián)芯片模塊數(shù)量提升到數(shù)十個(gè)甚至上百個(gè)，而且去掉封裝，把所有的芯片直接裝在板上。
為什么需要大規(guī)模異質(zhì)互聯(lián)？這是因?yàn)槟壳靶∫?guī)模異質(zhì)互聯(lián)中，每一塊芯片都是大規(guī)模定制芯片，很難形成規(guī)范，也很難統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)。這就造成了設(shè)計(jì)上的困難，也很難規(guī)模化。而且，芯片之間引腳的間距不定，通訊接口必須使用功耗較大的SerDes，這就造成了功耗過大。
Iyer的思路是，把一塊大芯片拆成很多小而且接口標(biāo)準(zhǔn)化的小模塊芯片（Dielet），之后用封裝級(jí)互聯(lián)集成到一起。由于每塊芯片的尺寸小而且形狀固定，因此芯片間的間距也可以做到很小，這樣大部分SerDes可以省去，只留下部分距離很遠(yuǎn)的引腳需要SerDes，這就節(jié)省了功耗。而且，由于接口和尺寸標(biāo)準(zhǔn)化，因此可以更容易地把規(guī)模做大。每一塊小芯片都可以是一個(gè)IP，這樣就誕生了一個(gè)新的大規(guī)模異質(zhì)互聯(lián)的生態(tài)。
為了實(shí)現(xiàn)這一偉大目標(biāo)，Iyer教授在UCLA建立了異質(zhì)集成與性能進(jìn)化中心（Center for Heterogeneous Integration and Performance Scaling, CHIPS），并與各個(gè)領(lǐng)域的眾多大咖（如計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的Jason Cong，醫(yī)學(xué)院的Tzung Hsiai等）合作。讓我們期待這位Super Star在UCLA的作為！
默克半導(dǎo)體事業(yè)處處長(zhǎng)林柏延也認(rèn)為，部分５納米與３納米所使用的材料都差不多，因此有些廠商會(huì)從不同的光罩、制程，甚至是封裝技術(shù)來改善芯片效能，提升系統(tǒng)的整合度?？煽吹侥壳皹I(yè)界正積極嘗試不同封裝技術(shù)，強(qiáng)化產(chǎn)品性能并縮小產(chǎn)品尺寸，例如采用3D堆疊的方式。
也就是說，封裝拯救摩爾定律的時(shí)代將要到來？