電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/莫婷婷）在全球AI算力需求呈指數(shù)級爆發(fā)、傳統(tǒng)摩爾定律逐漸失效的背景下，先進封裝技術成為突破算力瓶頸的關鍵鑰匙。就在近日，博通（Broadcom）宣布已開始向客戶交付業(yè)界首款基于其3.5D超大尺寸系統(tǒng)級封裝（XDSiP）平臺打造的2納米定制計算SoC。隨著博通新品的交付，3.5D時代也加速到來。

重新定義維度：什么是3.5D XDSiP？
先進封裝技術包括2.5D集成和3D集成等。

2.5D封裝（如CoWoS）通過硅中介層將芯片并排連接，提升了帶寬，實現(xiàn)了高速互連，但受限于中介層面積和布線長度，信號延遲和功耗依然是挑戰(zhàn)。

3D封裝（如3D同質集成和3D異質集成）能通過微凸塊或混合鍵合等方式實現(xiàn)多顆芯片的垂直堆疊，極大縮短互連距離，但在散熱、良率及超大尺寸集成上面臨巨大工藝難度。

圖：盛合晶微SmartPoser?-3DIC-BP技術平臺

盡管先進封裝仍面臨嚴峻的工藝挑戰(zhàn)，但其帶來的性能優(yōu)勢均不言而喻。正如盛合晶微在招股書中所述，以三維芯片集成（2.5D/3DIC）為代表的芯粒多芯片集成封裝可以突破單芯片1倍光罩的尺寸限制，實現(xiàn)2倍、3倍光罩甚至更大尺寸范圍內，數(shù)百億甚至上千億個晶體管的異構集成。

正因如此，面對這些技術壁壘，以盛合晶微為代表的國內封裝領軍企業(yè)正持續(xù)加大研發(fā)投入，全力攻克關鍵難題。

而作為全球領先的半導體解決方案供應商，博通提出3.5D XDSiP（eXtreme Dimension System in Package）技術，從架構上實現(xiàn)突破。

根據(jù)介紹，3.5D XDSiP技術是一款創(chuàng)新的多維堆疊芯片平臺，結合了2.5D的大面積互聯(lián)優(yōu)勢與3D-IC的垂直堆疊效率。區(qū)別于傳統(tǒng)的3D堆疊多采用“背對面”（Face-to-Back, F2B）或微凸塊（Micro-bump）連接，其采用的是業(yè)界首創(chuàng)的面對面（Face-to-Face, F2F）3D混合銅鍵合技術，并且推出了推出業(yè)內首款面對面（F2F）3.5D XPU，使消費級AI客戶能夠開發(fā)下一代定制加速器（XPU）并計算ASIC。

博通3.5D XDSiP主要有以下四大優(yōu)勢：一是增強互聯(lián)密度，與F2B技術相比，疊加芯片間的信號密度提升了7倍。二是能源效率高，3.5D XDSiP采用3D HCB取代平面芯片對芯片PHY實現(xiàn)芯片對芯片接口的功耗10倍降低。三是延遲低，最小化3D堆棧中計算、內存和I/O組件之間的延遲。四是中介器和封裝尺寸更小。

圖：博通3.5D XDSiP技術平臺

3.5D XDSiP平臺實現(xiàn)了超大尺寸集成，在單一封裝內集成超過6,000平方毫米的3D堆疊硅片，以及多達12個HBM（高帶寬內存）堆棧。公開資料顯示，在XPU開發(fā)中，當前采用2.5D封裝的最先進AI芯片，其集成能力上限約為2,500平方毫米的硅面積和8顆HBM。這意味著，博通的新技術將芯片集成密度與內存帶寬容量提升了逾一倍。

圖：博通3.5D XDSiP技術平臺

先進封裝技術群雄逐鹿，博通百萬顆銷量預言
人工智能的爆發(fā)式發(fā)展產(chǎn)生了對芯片算力的巨大需求，尤其是 ChatGPT等多模態(tài)大模型訓練所需的算力每3個月到4個月便增加一倍，遠超摩爾定律下芯片運算性能每18個月到24個月提高一倍的速度。

業(yè)內人士普遍認為，高算力芯片在前段先進工藝晶圓制造之外，亟需更加快速、更具持續(xù)性的性能提升。先進封裝技術的創(chuàng)新變革帶來了新的突破點。

當前，全球半導體巨頭均在布局下一代封裝技術。臺積電力推CoWoS-L與SoIC組合，預計今年年底SoIC產(chǎn)能將擴增至2萬片規(guī)模；英特爾深耕Foveros 封裝技術，包括 Foveros 2.5D、Foveros-R 和 Foveros Direct 3D；三星發(fā)力2.5D/3D封裝，I-Cube。博通則是在2024年底就高調發(fā)布了3.5D XDSiP平臺，歷時兩年，完成了從“技術發(fā)布”到“商業(yè)交付”的閉環(huán)。

訓練生成式AI模型所需的巨大計算能力依賴于10萬個龐大的集群，這些集群可增長到100萬個XPU。這些XPU需要對計算、內存和I/O能力的日益復雜集成，以實現(xiàn)必要的性能，同時最大限度地減少功耗和成本。同時，隨著新型且日益復雜的大型語言模型的問世，其訓練需要三維硅片堆疊以提升尺寸、功耗和成本。

博通公司表示，F(xiàn)2F 3.5D XPU集成了四個計算芯片、一個輸入輸出芯片和六個硬件模塊，利用臺積電的尖端工藝節(jié)點和2.5D CoWoS封裝技術。3.5D XDSiP技術允許計算、內存和網(wǎng)絡I/O在緊湊型中獨立擴展，實現(xiàn)高效、低功耗的大規(guī)模計算，提供了支持大規(guī)模人工智能所需的最先進、優(yōu)化的SiP解決方案。

博通產(chǎn)品營銷總裁Harish Bharadwaj透露：“博通預估2027年前將至少賣出100萬顆基于3D堆疊技術的芯片。”

在2024年，博通表示，已有五款采用該技術的產(chǎn)品正在開發(fā)中。此次交付的首款產(chǎn)品——富士通FUJITSU-MONAKA處理器面向數(shù)據(jù)中心和超級計算等領域。

小結：

當下，半導體行業(yè)供應鏈多元化，在英偉達GPU供不應求的背景下，云巨頭們急需高性能芯片企業(yè)的核心競爭力不僅僅來自縮小晶體管尺寸來提升性能，“系統(tǒng)級協(xié)同優(yōu)化”也將成為核心競爭力之一。可以期待，先進封裝技術將帶來AI算力架構的一次維度躍遷，并持續(xù)支撐未來萬億參數(shù)大模型落地。