中國晶片或許不需要EUV光刻機,而在Chiplet!

近日,荷蘭光刻機巨擘ASML公司宣布,向Intel公司交付其新型高數值孔徑(High NA EUV)的極紫外光刻機,每台新機器的成本超過3億美元。據了解,最新的High NA EUV可以製造2nm及以下的晶片。



消息出來後,又引起大家對於中國國產晶片的一陣擔憂。雖然中國國產晶片由於光刻機的限制,目前製程製程的落後是客觀存在的,但光刻機這個產品本身確實已經走到一條不歸路。詳細可見飆叔深度解析小文:EUV微影機走向絕路,國產光刻機何去何從?

也就是說,此次英特爾拿到的High NA EUV大機率是光刻機的「絕唱版」了。決定性因素在於晶片製造端的摩爾定律已經逼近極限,沒有更多迴旋空間了。

於此,全世界半導體產業界都在尋找各種替代的方案。目前主要有兩個思路:

1.尋找替代技術突破摩爾定律1nm物理極限,如奈米壓印技術、定向自組裝(DSA)技術等等。詳細可參考飆叔小文:不用光刻機也能生產高階晶片,兩種替代技術突破已現!

2.就是在現有流程中進行最佳化,既然晶片製造端逼近極限,那就在晶片設計、以及晶片封測等流程中進行技術優化及創新。

沒錯,目前在這個方向的主要技術之一就是:Chiplet。


一、什麼是Chiplet

CHIPLET,又稱芯粒,是將晶片粒子化再拼裝的一種製程手段。簡單說,就是把眾多的小晶片通過某種技術,連接在一起,形成一個大晶片。


有趣的是,Chiplet的概念又是一名華裔提出來的,其源自美滿半導體Marvell創始人周秀文博士2015年提出的Mochi(ModularChip,模組化晶片)架構,伴隨著AMD第一個將小晶片架構引入其最初的Epyc處理器Naples,Chiplet技術快速發展。

二、Chiplet如何拯救晶片

我們知道晶片製程越來越小,已經幾近逼近1nm物理極限了,目前晶片製造技術儲備已經見底,想要造出更小的晶體管,需要在許多學科方面都有突破。並且在實際晶片製造過程中,對於先進製程的生產越來越困難。

另一方面,先進製程的成本也越來越高,例如蘋果M3系列晶片,在流片試產的時候,蘋果向台積電支付了10億美元!但實際整體性能並沒有一個巨大的提升。也就是說,現在所謂先進製程晶片實際的性價比並不高。

而Chiplet技術正好可以彌補以上的缺陷。



Chiplet方案透過在封裝端和設計端的提升,來進一步提升晶片的整合化密度,進而優化成本,提升良率。Chiplet核心主要包含三個面向:

1.小芯粒:原有SoC晶片由各種IP核心設計組成,小芯粒即在晶片設計時將各種IP單一拆分,進行晶片化。

2.異構異質:將類似CPU、GPU、DRAM 等不同結構、製程、材質的晶片合在一起,進而減少傳輸延遲、提高整合度。

3.系統級整合:在前兩者的基礎上,透過軟體設計系統級高密度的方案,利用各種堆疊封裝技術,將更多的異構異質的小晶片進行高密度封裝集成,從而實現良率、成本、性能、商業風險等方面的綜合提升。

例如國產壁仞科技的BR100計算卡,就是透過兩塊晶片在內部鏈接,實現了算力全球第一的壯舉。

既然如此,那麼Chiplet實現上主要突破節點在哪裡呢?國產晶片能否透過Chiplet實現彎道超車呢?


三、中國國產晶片能否彎道超車?

如上所述,Chiplet方案包括了晶片設計和封測兩個大流程環節的最佳化,具體的實現主要包括Chiplet的設計製造和連接側的互連製造。

在設計端:利用EDA和IP核進行分割後的Chiplet的設計、連接側包含矽轉接板或是RDL層的互連建模,之後兩者協同仿真,得到完整的封裝方案的模型

在封裝端
:利用晶圓廠製造完成的Chiplet與連接側方案進行連接,以2.5D的矽轉接板為例,將Chiplet和進行TSV打孔的矽轉接板相連,利用矽轉接板內部的RDL層進行各個Chiplet之間的互連,最後將矽轉接板與基板連接,即完成整體Chiplet 系統性方案的製造。


從上面描述中,大家也可以捕捉到Chiplet最重要的核心在於:利用高級先進的封裝技術,在芯片之間利用矽片鏈接,然後芯片通過自身的小凸起和矽片鏈接,從而實現數據的高速傳輸。另外,在這一系列操作後。還需要封裝到普通的PCB板子上。

如此複雜的一整套封裝製程要求是非常高的,目前世界上只有三家公司能很好的完成以上所有環節的先進封裝-台積電,英特爾和三星

也就是說要實現Chiplet,不可或缺的是2.5D或3D的封裝技術。

在封裝方面,我們雖然已有4家企業進入世界前十名——長電科技、通富微電、華天科技、智路封測;但主要集中在一般過程封裝。不過,今年下半年國產先進封裝的有幾家已完成測試,處於突破邊緣了。



在中國先進製程受到美國嚴厲限制情況下,全球晶片製程的放緩,也帶給中國追趕的機會。雖然在封裝方面,中國仍在追趕的路上;但相比較依賴光刻機以突破晶片先進製程來說,中國國產晶片封裝畢竟基礎較好,相對更容易突破一些。因此,伴隨著中國國產先進封裝技術的突破,Chiplet方式或將成為中國積體電路產業逆境中的突破口!(飆叔科技洞察)