英特爾正開發工藝和封裝技術通往萬億晶體管時代

到2030 年之際，晶體管密度將增加10 倍，這將使得英特爾在芯片上發展到擁有1 萬億個晶體管。

編譯來源：electronicdesign

英特爾首席執行官 Pat Gelsinger 表示，未來幾年推動摩爾定律的不僅僅是更小、更便宜的晶體管。

半導體行業正在進入一個新時代，曾經按照摩爾定律試圖將所有東西都安裝在單個片上系統 (SoC) 上，但現在英特爾將把重點放在能在封裝系統（SiP）中壓縮什么。

Gelsinger說，從用于數據中心的未來旗艦 Sapphire Rapids Xeon 可擴展 CPU 到 Meteor Lake 的新個人計算機芯片系列，所有產品都在采用 2.5D 和 3D tile-based 芯片設計以提高性能。

因為在制造最先進芯片中落后，希望回到巔峰的英特爾正在形成新的理念。多年來，英特爾的斗爭首次動搖了其市場主導地位。Gelsinger 正試圖在相當長的一段時間內執行該公司最雄心勃勃的路線圖之一，以超越臺積電和其他領先的競爭對手。

他還在建立一家名為 IntelFoundry Services 的公司，與臺積電展開競爭。英特爾根據其他人的設計合同制造芯片，同時依靠競爭對手的代工廠來制造更多自己的產品。

晶圓廠的概念比以往任何時候都更加復雜。代工廠現在不僅要生產晶圓，還要生產與軟件連接在一起的整個系統。

Gelsinger 說，“如果你仔細想想，機架正在變成一個系統，而且這個系統正在變成一個由多個裸片和Chiplet組成的先進封裝。這個系統正在成為未來的先進封裝技術?！?/p>

英特爾作為“系統代工”的角色是幫助擴展圍繞Chiplet和2.5D和3D高級封裝技術的生態系統，為創新的定制芯片和系統級集成創造新的可能性。

從芯片到封裝

這些言論表明，即使制造芯片變得更加昂貴且技術上具有挑戰性，英特爾的 CEO 并不相信摩爾定律即將消亡。Gelsinger 說：“摩爾定律——隨著尺寸隨著時間的推移而不斷縮小的晶體管能力持續翻倍——是我們能夠完成的一切的根本驅動力?！?/p>

這為英特爾提供了新的方法來制造更便宜的芯片，更適應客戶的軟件，并能夠滿足在半導體上運行的一切對更多計算、連接和人工智能的需求。

雖然英特爾今天可以在一個封裝中壓縮超過1000 億個晶體管，但他表示，英特爾正在開發工藝和封裝技術，這將使其在本世紀末達到 1 萬億個。

他列舉了晶體管設計方面的創新，包括即將推出的稱為 RibbonFET 的環柵 (GAA) 晶體管和新的 Power Via 背面功率傳輸系統，以及后來使用的極紫外 (EUV) 技術和高 NA EUV 。他說，這些是未來幾年制造更小、更快、更節能晶體管的關鍵。

但晶體管設計的創新只能走到這一步。英特爾還在利用其廣泛的 2.5D 封裝，包括嵌入式多芯片接口橋 (EMIB) 及其 3D 邏輯堆疊技術，以幫助將更多的硅芯片以及晶體管連接到高密度芯片封裝中.

一個例子是英特爾為美國 Aurora 超級計算機構建的高性能 GPU。該處理器由近 50 個有源硅片組成，并結合了英特爾的 2.5D 和 3D 封裝。

封裝中的每個tile，將3100平方毫米的硅封裝成2330平方毫米，使用英特爾和臺積電的不同技術節點制成，轉化為1000多億個晶體管。Gelsinger 指出，“今天的系統問題將成為明天的Chiplet問題。”

新的理念

英特爾希望做的是給客戶同樣的能力來拆卸可能受芯片面積、成本或功率限制的芯片，然后將Chiplet重新組裝成一個封裝。

英特爾稱之為Chiplet或tile背后的概念是分而治之。這些微小的硅方塊是從以前的單片硅片中切下來的。然后，將Chiplet重新組裝到一個封裝中，該封裝比其各部分的總和還要大。除了節省空間外，這讓設計人員可以自由地將各種各樣的Chiplet粘在一起，就像在非常小的電路板上組裝零件一樣。

英特爾領先服務器處理器中的單片芯片還存在其他弱點。它們有更多的空間來容納影響產量的缺陷，這使得它們在較小節點的每個晶體管上更加昂貴。

Gelsinger還指出，封裝中的所有不同tile都可以使用最適合不同功能的任何工藝節點單獨制造：電源、射頻、模擬、高級邏輯。

這樣，最先進的處理技術可以在主計算塊中使用。與設計新的IP塊相比，在傳統節點上構建非關鍵塊，甚至重用現有芯片中的block，可以節省資源。他將這種方法稱為“針對正確的問題使用正確的晶體管”。

“但我們還需要以一種非常易于使用的可組合方式將它們聯系在一起，為設計人員提供抽象概念，使他們無需在芯片級了解每個執行和硬化 IP 的細節，就能夠完成更復雜的事情?！?/p>

Gelsinger 正在建立向所有人開放的英特爾代工業務。除了軟件之外，英特爾還讓其客戶可以從其內部存儲庫和外部公司訪問IP庫。他說，英特爾愿意推出基于指令集架構（ISA）的芯片，從x86、Arm到RISC-V。英特爾還將使用代工產品（例如其 Chiplet Studio 技術套件）來幫助 Chiplet 生態系統成熟。

所有這一切的關鍵將是創建一個標準接口，允許一切無縫地結合在一起。

為此，英特爾一直是新興的UCIe 接口背后的推動力之一，該接口是一種建立在 PCIe 總線之上的開放的、行業標準的芯片到芯片互連。

讓 UCIe 標準脫穎而出的原因在于，許多世界頂級半導體公司都在支持它，AMD、Arm、Marvell、NVIDIA 和高通，以及三星和臺積電的代工廠。