多年來，封裝技術并未受到大眾的廣泛關注。但是現在，尤其是在AI芯片的發展過程中，封裝技術發揮著至關重要的作用。2.5D封裝以其高帶寬、低功耗和高集成度的優勢，成為了AI芯片的理想封裝方案。

在2.5D封裝領域，英特爾的EMIB和臺積電的CoWoS是兩大明星技術。眾所周知，臺積電的CoWoS產能緊缺嚴重制約了AI芯片的發展，這正是英特爾EMIB技術可以彌補的地方。本文我們將以英特爾EMIB為例，深入解析2.5D封裝之所以能成為AI芯片的寵兒的原因。

為何EMIB是AI領域的理想選擇？

2.5D封裝并不是一個全新的概念，但它在AI芯片領域的應用卻煥發出了新的生命力。簡單來說，2.5D封裝是一種通過硅中介層（Silicon Interposer）或嵌入式橋接技術（如英特爾的EMIB）將多個芯片水平連接起來的技術。與傳統的2D封裝相比，它允許在單一封裝內集成更多功能單元，比如CPU、GPU、內存（HBM）和I/O模塊；而與復雜的3D堆疊相比，它又避免了過高的制造難度和熱管理挑戰。這種“不上不下的中間狀態”恰恰為AI芯片提供了完美的平衡。

AI芯片的一個顯著特點是需要高帶寬和低延遲的芯片間通信。例如，訓練一個深度學習模型時，GPU需要與高帶寬存儲器（HBM）快速交換數據，而傳統的封裝技術往往受限于互連帶寬和功耗。2.5D封裝通過在芯片間引入高密度互連通道，顯著提升了數據傳輸效率，同時保持了相對簡單的制造流程。這使得它特別適合AI加速器和數據中心處理器等高性能應用。

“我經常被問到一個問題：為什么EMIB是AI領域的理想選擇？是什么讓這項技術對這些應用如此適合？”英特爾先進系統封裝與測試事業部副總裁兼總經理Mark Gardner表示。他通過一張圖詳細解析了EMIB作為AI加速器理想封裝技術的優勢，并總結了EMIB的五大關鍵優勢：

第一，成本更低。EMIB采用小型硅橋連接芯片，一個晶圓上就能生產數千個橋接單元，極大提高了利用率。相比之下，傳統晶圓級封裝在制造復雜結構（如含12個HBM堆疊和多個光罩芯片的大型封裝）時，成品率低且浪費嚴重。而EMIB不僅提升了良率，還能在HBM數量增加時，展現出成本優勢的指數級增長。

第二，更高良率。與其他2.5D技術相比，EMIB減少了復雜的工藝步驟。傳統晶圓級封裝需要“芯片對晶圓”（Chip-on-Wafer）流程，涉及模具、凸點等多重工序，增加了出錯風險。EMIB簡化了這些步驟，自然帶來了更高的生產穩定性。

第三，更快生產周期。更少的工藝步驟不僅提升良率，還縮短了生產時間。與動輒數天的傳統流程不同，EMIB能將周期縮短數周。在AI市場瞬息萬變、上市時間至關重要的背景下，提前幾周拿到加電測試數據、硅片驗證數據對客戶意義重大。

第四，更強擴展性。EMIB將硅橋嵌入基板，而基板制造通常基于大型方形面板。這種設計大幅提高了基板利用率，特別適合需要集成更多HBM或復雜工作負載的大型封裝。對于AI客戶來說，這意味著更強的適應性和性能潛力。

第五，為客戶提供更多選擇。英特爾代工致力于為客戶提供多樣化的選項。市場上已有既定的行業解決方案，而EMIB技術為客戶提供了一種替代方案。在某些情況下，客戶可以選擇多源供應，也可以選擇單一來源，關鍵是EMIB為他們提供了靈活性和選擇權。EMIB技術已經在生產中應用了近十年，擁有成熟的供應鏈。這些因素共同構成了EMIB作為AI領域（尤其是加速器）理想平臺的原因。

近年來，2.5D封裝產能一直面臨限制，特別是在某些市場需求不斷增長的情況下，封裝產能不足問題愈發顯著。然而，英特爾的EMIB技術在這一領域具有明顯的產能優勢。通過結合Foveros 2.5D和EMIB 2.5D，英特爾的綜合產能已經超過行業水平的兩倍，對于那些擔心需求波動或增長無法得到滿足的客戶，英特爾的解決方案無疑具有巨大的吸引力。據英特爾透露，AWS和Cisco在數據中心服務器和AI加速器產品領域就采用了英特爾的先進封裝技術。

英特爾領銜封裝技術數十年

作為封裝技術的先鋒，英特爾在過去五十多年里一直處于行業領先地位。從早期的引線鍵合架構（Wire-Bond）到倒裝陶瓷芯片（Flip-Chip Ceramic）和多芯片（Multi-Chip）封裝技術，英特爾不斷推動封裝技術的發展。如今，它通過與生態系統伙伴合作制定標準，帶領整個行業邁入先進封裝的新時代，包括2.5D、3D乃至3.5D技術。以英特爾EMIB 2.5D為例，其首個產品已量產近十年，這些成果并非一蹴而就，而是長期積累的結晶。

目前，英特爾代工提供了一套完整的先進封裝產品組合，滿足從低成本到高性能的多樣化需求：

首先，成本低廉的FCBGA。FCBGA（Flip-Chip Ball Grid Array）分為兩種版本：FCBGA 2D和FCBGA 2D+。FCBGA 2D是傳統的有機封裝技術，至今仍在量產。它成本低廉，適合I/O需求少、不需要高速連接的產品，是許多細分市場的理想選擇。而FCBGA 2D+在FCBGA 2D基礎上加入了基板層疊技術（Substrate Stacking），針對主板連接尺寸大但芯片復雜度不高的場景，能有效降低客戶為高密度基板支付的額外成本。這種技術在網絡和交換設備領域尤其受歡迎。

接著，EMIB系列主打高性能。EMIB（嵌入式多芯片互連橋接）包括EMIB 2.5D和EMIB 3.5D兩種。EMIB 2.5D通過基板中的微型硅橋連接單層芯片或HBM堆疊，實現高密度、低功耗的芯片間通信。雖然它也用于消費類產品，但在AI和高性能計算（HPC）領域表現尤為出色。EMIB 3.5D與EMIB 2.5D類似，都采用嵌入基板中的硅橋技術。不同之處在于EMIB 3.5D引入了3D堆疊技術，將芯片疊放在有源或無源基板上。這不僅保留了EMIB的連接優勢，還增加了垂直堆疊的靈活性。某些IP更適合垂直堆疊，而不是水平連接。此外，由于封裝的復雜度較高，客戶希望利用EMIB技術將這些堆疊連接起來，而不是使用大型的無源或有源中介層。

最后則是Foveros技術，Foveros技術分為Foveros 2.5D和Foveros 3D。Foveros 2.5D采用焊料連接芯片與晶圓，適合將高速I/O與小型芯片組分離的場景。而Foveros Direct則使用銅-銅直接鍵合，提供最高帶寬和最低功耗的互連，性能無可匹敵。在AI和HPC應用中，這些技術還能靈活組合——比如Foveros Direct 3D搭配HBM，再融入EMIB 3.5D，形成一個多技術融合的封裝方案。

英特爾代工的新招

半導體行業正迎來一個全新的發展階段，傳統的芯片設計與制造模式已不足以應對AI和高性能計算帶來的復雜需求。在這一轉型期，系統級代工廠（Systems Foundry）和系統技術協同優化（System Technology Co-Optimization）的重要性日益凸顯。作為代工廠或服務提供商，英特爾認為，通過這些協同優化策略，可以更好地滿足客戶需求，打造更強大的產品。

在這一背景下，英特爾不僅專注于傳統封裝技術，還擴展到了系統級架構和設計服務。比如，熱建模與優化、功耗建模與優化，這些都是英特爾多年來與內部產品部門合作積累的技術成果，并廣泛應用到各種產品中。一個典型的例子是幾年前推出的英特爾數據中心 GPU Max 系列。這款產品把近50塊芯片集成到一個封裝里，這些芯片基于五種不同的制造工藝，有些來自英特爾，有些來自第三方代工廠。要實現這樣的產品，光靠技術本身還不夠，還需要硅芯片與封裝的協同設計，再加上熱管理、功率傳輸等環節的優化，才能讓這么多芯片在一個封裝里高效工作。

說到復雜封裝，英特爾還在細節上下足了功夫。比如在大型封裝中，芯片和基板可能會因為尺寸大而出現翹曲問題。英特爾通過優化工藝流程和主板設計，解決了這些翹曲邊緣的管理問題，確保即使在高復雜度下，產品性能依然穩定可靠。

當然，好封裝離不開好測試。芯片測試是確保封裝質量的關鍵一環，尤其是要保證進入封裝的芯片都是“已知良品”（Known Good Die，簡稱KGD）。如果一個封裝里只有一塊芯片，測試還算簡單。但像現在這樣，一個封裝可能包含50塊不同功能的芯片，比如GPU、I/O單元和HBM堆疊，只要有一塊壞芯片，整個封裝就可能報廢。所以，提前檢測出問題芯片，避免浪費其他好芯片，顯得特別重要。

為此，英特爾開發了“裸片測試”（Die Sort）技術，這項技術已經在生產中用了十多年。它的做法是先把整片晶圓切成單個裸片，然后在組裝到基板之前進行測試。因為裸片很小，熱量控制非常精準，甚至可以在1秒內讓溫度變化100攝氏度。這種高精度的測試能提前發現缺陷，比如GPU或計算單元的問題，從而提高生產效率和良率。過去，這種提前檢測已經很有價值，但現在，當一個封裝的材料和芯片成本高達幾千美元時，它的重要性就更加凸顯了。尤其在如今的產品中，可能包含10片、20片甚至50片芯片，良品管理成了重中之重。通過在制造的早期加入測試環節，英特爾能確保每一步都用的是好芯片，避免后期更大的損失。

與此同時，英特爾的代工服務也在變得更靈活。Mark Gardner提到，客戶現在可以根據需要自由選擇服務：比如只用英特爾的EMIB封裝技術，芯片則交給其他代工廠生產；或者只用英特爾的裸片測試能力。這種“按需定制”的模式也延伸到了晶圓制造層面，讓客戶能專注于對自己最重要的環節，獲得最有價值的服務。

英特爾已完成超過250個2.5D設計項目，涵蓋消費電子、FPGA、服務器數據中心和AI加速器等多領域應用，2.5D技術已廣泛投入生產。英特爾還提供增值服務，幫助客戶優化產品設計，包括硅與封裝協同設計、功率傳輸、熱管理等方面，憑借豐富的經驗與技術積累，協助客戶提升產品性能。

值得一提的是，英特爾還跟其他代工廠，比如臺積電和三星，保持長期合作。他們制定了兼容的設計規則，確保這些代工廠生產的晶圓能無縫適配英特爾的封裝技術。這不僅給了客戶更多選擇，也讓不同供應商的技術能自由組合，滿足多樣化的市場需求。

未來展望：更大封裝與玻璃基板的應用

展望未來，英特爾正在積極推動封裝技術的進一步發展，特別是在封裝尺寸和材料選擇上。Gardner透露，英特爾正在研發120毫米×120毫米的超大封裝尺寸，并計劃在未來一到兩年內實現量產。這一技術的推進將進一步拓展AI加速器的封裝能力，滿足更大規模計算需求。

此外，英特爾對玻璃基板和玻璃核心技術的投資也在不斷加大。隨著封裝尺寸的增大，傳統材料的局限性變得愈加明顯，玻璃基板因其出色的性能和擴展性，逐漸成為未來封裝技術的重要組成部分。Gardner認為，玻璃基板將在未來幾年成為主流，將推動封裝技術的持續擴展和創新。

結語

隨著AI技術的不斷進步和應用場景的不斷擴展，封裝技術的創新將成為推動產業變革的重要動力。英特爾通過EMIB、Foveros等多項先進封裝技術，不斷突破技術瓶頸，提供高效、靈活的解決方案，引領著封裝技術的未來方向。

審核編輯 黃宇