本文來自中國電子報、電子信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng)（www.cena.com.cn），作者/沈叢。
不久前，華為、蘋果等采用自研芯片的手機廠商，紛紛推出了“膠水芯片”相關技術(shù)。“膠水芯片”是通過先進封裝中的異構(gòu)集成技術(shù)，將兩個或者多個芯片用堆疊的方式“粘”在一起而形成的芯片。采用該技術(shù)所打造的芯片，能夠?qū)⒍鄠€計算核在不需要額外優(yōu)化的情況下進行數(shù)據(jù)互通，是一種有效提升芯片性能，并降低芯片成本的絕佳方案。
在摩爾定律逐步放緩的大背景下，“膠水芯片”一時間成為業(yè)內(nèi)重點關注的技術(shù)之一。然而，“膠水芯片”能否真正成為拯救先進制程的“救星”呢？
“膠水芯片”曾經(jīng)被詬病
“膠水芯片”的概念已有二十幾年的歷史。在人們專注于將芯片高度集成化的時期，“膠水芯片”并不吃香，甚至被人詬病。
據(jù)了解，“膠水芯片”的概念最早起源于1995年。然而，真正將“膠水芯片”概念推向公眾視野的，卻是一次英特爾迫于市場競爭而采取的無奈之舉。據(jù)了解，2005年，AMD搶先發(fā)布了世界上第一款四核處理器速龍X2。同時，為了能夠在市場開拓出新的一片天地，英特爾迅速推出了與AMD的競爭產(chǎn)品——奔騰D，而該產(chǎn)品便是一顆“膠水芯片”。
然而，英特爾這顆“膠水芯片”卻并沒有得到業(yè)內(nèi)的認可。據(jù)悉，奔騰D處理器芯片，是將兩顆奔騰4芯片直接焊在了一片電路板上，兩顆芯片之間存在嚴重的傳輸瓶頸，只能通過主板上的北橋芯片進行“溝通”，導致兩顆芯片之間的運算效率極其低下，奔騰D的性能也遠不如AMD的速龍X2。這一出名的歷史事件，也讓人們對“膠水芯片”留下了非常不好的印象。
與此同時，摩爾定律仍在穩(wěn)步推進，芯片向高度集成方向發(fā)展是此時提供降本增效解決方案的主流方式。這也造成了這段時間“膠水芯片”并不吃香。
隨著先進封裝技術(shù)的不斷發(fā)展，當“膠水芯片”再次“重出江湖”時，卻“改頭換面”，成為了業(yè)內(nèi)的“寵兒”。
不久前蘋果推出的M1 Ultra芯片，是采用堆疊技術(shù)將兩個M1 Max芯片合二為一，并達到了1+1=2的效果。在造芯之路“狂奔”十余載的蘋果，通過先進封裝的技術(shù)，讓芯片在性能和功耗方面均有了很大的突破。M1 Ultra芯片實現(xiàn)了兩部分之間2.5TB/s的數(shù)據(jù)傳輸帶寬，統(tǒng)一內(nèi)存帶寬進一步提升至800GB/s，而晶體管數(shù)量更是達到了1140億，首次突破千億。
此外，近期華為公司也首次公開了關于“芯片堆疊技術(shù)”的專利，即在一顆芯片內(nèi)將多個芯粒封裝在一起，并將其視為未來重點發(fā)展的關鍵核心技術(shù)之一。
是無奈之舉也是權(quán)宜之計
“重出江湖”的“膠水芯片”，為何能“一雪前恥”，成為業(yè)內(nèi)“寵兒”？實際上，這也是在先進制程節(jié)點成本越來越高、技術(shù)難度越來越大的情況下的一種無奈選擇。但是，隨著摩爾定律逐步放緩，為了能夠有效打造芯片創(chuàng)新技術(shù)，“膠水芯片”也不失為是一種權(quán)宜之計。
根據(jù)DIGITIMES數(shù)據(jù)評估，28nm工藝建廠花費為60億美元（約合人民幣382億元）。然而到7nm工藝時，建廠成本卻增長至120多億美元（約合人民幣765億元）。到5nm時，這一數(shù)字更是增長至160億美元（約合人民幣1019億元）?？梢?，晶圓廠的建設成本十分高昂，且隨著芯片制程的逐漸縮小不斷攀升。
然而，投入不斷攀高的同時，先進制程芯片的良率卻難以隨之提升。近期，三星被爆出其采用GAA工藝的3nm芯片良率僅在10%~20%之間。與此同時，臺積電和三星的4nm工藝芯片也頻頻被爆出現(xiàn)功耗高等問題。
這一系列先進制程的“翻車”事件，讓人們開始把更多目光轉(zhuǎn)向了先進封裝領域，通過先進封裝技術(shù)“粘合”而成的“膠水芯片”，成為了人們重點關注的技術(shù)。此外，今日不同往昔，隨著制程工藝和封裝工藝的發(fā)展，各個核心已經(jīng)可以通過超高的帶寬總線進行交流，這使得“膠水芯片”技術(shù)，不再停留在“將兩個芯片焊在同一片電路板”上，而是能夠真正實現(xiàn)芯片性能的提升。
中科院微電子所副所長曹立強向《中國電子報》記者表示，“膠水芯片”的技術(shù)不僅能夠幫助芯片實現(xiàn)架構(gòu)設計的創(chuàng)新，還能有效實現(xiàn)芯片內(nèi)的互聯(lián)互通，二者是“膠水芯片”所實現(xiàn)的最關鍵的技術(shù)突破。
首先，在架構(gòu)方面，“膠水芯片”能夠打破現(xiàn)有的架構(gòu)體系，在架構(gòu)層面對芯片進行系統(tǒng)化的創(chuàng)新設計。這是由于“膠水芯片”能夠通過靈活的異構(gòu)集成技術(shù)，將不同芯片種類、不同架構(gòu)，甚至不同制程工藝的芯片或芯粒（Chiplet），像搭建樂高一樣進行“粘合”，從而打造出新的技術(shù)。
例如，蘋果去年4月公布的一份專利顯示，蘋果采用與“膠水芯片”相似的技術(shù)，利用高度集成的封裝方式，打造出了一種重構(gòu)的3D IC架構(gòu)，讓每個封裝層上的單個和多顆裸片，既可以作為功能芯片，也可以作為相鄰封裝層上多個裸片之間的通信橋梁，實現(xiàn)技術(shù)突破。
其次，“膠水芯片”能夠?qū)崿F(xiàn)兩個芯片間的互聯(lián)互通，從而提升芯片整體的系統(tǒng)功能。此前，對于一些處理器芯片而言，其處理器區(qū)域、存儲器區(qū)域、接口區(qū)域等不同區(qū)域之間的互聯(lián)互通，需要通過布線和線間的一些協(xié)議來達成。而“膠水芯片”則可以通過先進封裝技術(shù)，在芯片之間形成直接的互聯(lián)互通，大大增強傳輸效率。例如，蘋果M1 Ultra的芯片，采用臺積電的CoWoS-S2.5D封裝技術(shù)，利用硅中介層完成兩個芯片之間的互聯(lián)，M1 Ultra芯片實現(xiàn)了兩部分之間2.5TB/s的數(shù)據(jù)傳輸帶寬。
先進制程、先進封裝共同發(fā)展
以先進封裝技術(shù)為主導的“膠水芯片”的技術(shù)如今一躍成為了業(yè)內(nèi)焦點，但這并不意味著“膠水芯片”能夠替代先進制程芯片。曹立強認為，在集成電路領域，沒有先進和落后的技術(shù)，只有成熟工藝和先進工藝的區(qū)分，先進封裝技術(shù)并不會取代先進工藝技術(shù)的發(fā)展，“膠水芯片”并不能真正成為拯救先進制程的“救星”，而是二者共同發(fā)展。
北京超弦存儲器研究院執(zhí)行副院長、北京航空航天大學兼職博導趙超表示，雖然并不是所有芯片都需要用到先進制程，但是在一些特定芯片種類中，對于先進制程的要求是必不可少的。以邏輯芯片和存儲芯片為例，邏輯芯片是電子產(chǎn)品中主要的處理引擎,存儲芯片是通過在單一芯片中嵌入軟件，實現(xiàn)多功能和高性能，功耗和性能對其至關重要，對于先進制程的要求非常高?？梢?，雖然摩爾定律日趨放緩，但并不意味著對先進制程的需求不同往日。
此外，“膠水芯片”同樣也存在著弊端。業(yè)內(nèi)專家認為，如今的移動設備，每一寸面積都可謂是“寸土寸金”，而“膠水芯片”尺寸往往會比較大，對于移動設備的外觀、重量、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、散熱等方面會提出更高的要求，增加系統(tǒng)整合的難度。因此，“膠水芯片”很難在短時間內(nèi)在移動設備中替代先進工藝芯片。對于移動設備，特別是手機而言，先進制程芯片仍是主流需求。
