英特爾院士斯旺：由外而內(nèi)重塑芯片設(shè)計

21ic評論：提及晶圓代工，很多人第一反應(yīng)絕對是制程。事實上，伴隨超異構(gòu)計算來臨，SoC的封裝互連愈來愈復雜，從2.5D到3D，封裝也有著改善晶體管性能的魅力。英特爾手握EMIB（高密度微縮2D）、Foveros（高密度微縮3D）和Co-EMIB（融合2D和3D）多個維度先進封裝技術(shù)。而在去年8月10nm SuperFin正式面世之時，最新的“混合結(jié)合（Hybrid Bonding）”封裝技術(shù)也被一并披露，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)10微米及以下的凸點間距，提供更高的互連密度、帶寬和更低的功率。這就標志著封裝的另一個轉(zhuǎn)折點，即媲美制程節(jié)點轉(zhuǎn)換的“魔力”。就本文而言，英特爾專家指出封裝的未來，值得讀者細細品味。

“就本質(zhì)而言，封裝是一個非常酷和有趣的領(lǐng)域，自從我加入英特爾以來，與眾不同能力比以往任何時候都強?！?—— 英特爾組件研究集團封裝系統(tǒng)研究總監(jiān)約翰娜·斯旺

英特爾首席執(zhí)行官帕特·基辛格在講述英特爾如何通過英特爾代工服務(wù)(IFS)為客戶制造芯片并脫穎而出時，他一再提及“英特爾世界一流的封裝和組裝測試技術(shù)”?；粮裆蟼€月向投資者表示：“我們已經(jīng)看到潛在的代工客戶對封裝技術(shù)非常感興趣”。

封裝從未如此備受青睞。

但是對于約翰娜·斯旺(Johanna Swan)來說，這份遲來的推崇和其工作息息相關(guān)。作為英特爾組件研究集團封裝系統(tǒng)研究總監(jiān)，斯旺表示：“我們必須預見未來的需求，并專注在我們認定會有價值的東西上——不過，這里指的是五年多之后的未來。 ”

作為英特爾院士，斯旺是電子封裝技術(shù)專家，在勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory)工作了16年后，于2000年加入英特爾。

斯旺和她的團隊改進并研發(fā)了封裝硅芯片的新方式——這一成果不僅吸引了潛在的代工客戶，而且還使英特爾能夠提供各種領(lǐng)先產(chǎn)品。根據(jù)定義，封裝是圍繞一個或多個硅晶片的外殼，可以保護晶片免受外界影響，實現(xiàn)散熱，提供電源，并將它們連接至計算機的其余組件。

斯旺解釋說：“封裝是用來建立外部連接的，但同時可以優(yōu)化內(nèi)部性能，一直達到晶體管這一級別。”

在邊緣進行研究意味著“你需要超乎尋常的堅持”，她補充道?！耙驗橐ê荛L時間才能看到產(chǎn)品上的效果，所以你必須樂意著手解決各種有意思的麻煩，并對研究的價值，即它的影響力和將要創(chuàng)造的改變深信不疑?！?

僅僅將英特爾這一封裝技術(shù)引起的芯片設(shè)計制造變革稱作“小改變”，過于輕描淡寫了。

摩爾定律探索中的新拐點

斯旺解釋道：“我們目前正在從用單一方法去完成所有工作，轉(zhuǎn)變?yōu)閯?chuàng)建具有多節(jié)點、不同硅工藝的產(chǎn)品，并從每個工藝節(jié)點中的應(yīng)用中獲得最大的收益?！?

她繼續(xù)補充說，將許多單獨的硅區(qū)塊組裝在一起的能力是“一個真正意義上的大拐點……能夠以和傳統(tǒng)略微不同的方式有效地延續(xù)摩爾定律?！?

斯旺解釋，封裝的傳統(tǒng)基石，即“性能”、“成本”和“可制造性”將會延續(xù)。但是，諸如英特爾的嵌入式多芯片互連橋接(EMIB)和Foveros之類的新型多維高級封裝技術(shù)的推出，為芯片設(shè)計師提供了“用于優(yōu)化和創(chuàng)建系統(tǒng)的有趣旋鈕”。

這種新方法應(yīng)用的范例是即將推出的XPU芯片 Ponte Vecchio，它將大約47種不同的硅區(qū)塊堆疊連接在一起，從而為人工智能和科學計算提供了新的數(shù)量級性能。

“封裝的魅力”

斯旺解釋說，封裝的下一個基石是她所說的“功能致密化……即最大化單位體積性能”。她說，盡管封裝與摩爾定律沒有相似之處，但它在某種程度上已經(jīng)通過小型化得到了發(fā)展。

斯旺指出，封裝中的連接和導線(互連)的相對尺寸與在硅晶片中的尺寸相比，“二者在過去通常屬于完全不同的量級?！钡请S著封裝技術(shù)的功能縮小(例如晶片對晶片的垂直互連間距遠低于10微米)，“接口正在與封裝與英特爾所謂硅的最后端之間融合。”

斯旺說：“現(xiàn)在突然之間，封裝的奇妙之處在于它的特征尺寸與晶圓背面的巨型金屬相同?！?

她補充說：“這將制造的一些負擔轉(zhuǎn)移到了如今更像工廠的環(huán)境中。”但是，當您查看產(chǎn)品總成本時，“我們應(yīng)該能夠以降低成本的方式對其進行優(yōu)化?！?

斯旺說，這些復雜的產(chǎn)品帶來了一系列新的挑戰(zhàn)，“但對英特爾來說這確實是件好事，因為我們已經(jīng)具備了這些優(yōu)勢?！?

二十多年來，持續(xù)不斷的新挑戰(zhàn)使斯旺專注于下一代封裝技術(shù)?！拔以J為封裝技術(shù)可能只會在幾年的時間里比較有意思，但是事實上，封裝涉及諸多領(lǐng)域——包括高速信號、功率傳輸，以及機械問題和材料挑戰(zhàn)。這表明，在封裝這一課題中，實際上有很多非常有趣的問題需要解決?！?

創(chuàng)造，開拓和顛覆——引人深思

她補充說：“從這一領(lǐng)域可以創(chuàng)造的能力讓人眼前一亮。如果一個人具有好奇心，并想解決具有挑戰(zhàn)性的問題，那么英特爾絕對是不二選擇，封裝技術(shù)正在崛起?！?

接下來英特爾的計劃是什么?暫時保密。但斯旺表示，除了預知芯片設(shè)計的變革和客戶需求的變化之外，我們將始終關(guān)注當今的技術(shù)瓶頸以及改良方式。

“那在其他開拓領(lǐng)域，你會開始發(fā)現(xiàn)尚未真正發(fā)掘的能力，就可以開始思考如何以其他人尚未想到的方式做一些事情?！?

“我們致力于顛覆性變革”，斯旺表示，“這一變革藝術(shù)的核心就是在不改變所有設(shè)備的情況下做出改變，而且不需要全新的生產(chǎn)線。明智地進行顛覆性創(chuàng)新，仍然可以實現(xiàn)最大成效?！?

“就本質(zhì)而言，封裝是一個非?？岷陀腥さ念I(lǐng)域”，斯旺補充道，“自從我加入英特爾以來，與眾不同能力比以往任何時候都強?！?