华为研究混合3D芯片堆叠技术,或可绕过美国技术制裁

发布于 2022-5-5 12:18
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据报道,华为开发了一种芯片堆叠工艺,并申请了专利,这将比现有的芯片堆叠工艺成本低得多。

 

不过,华为的这项技术是基于旧节点,但提高了芯片性能。而这,可能有助于华为避开美国的制裁。

 

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为什么要开发?

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美国政府将华为及其芯片供应商 HiSilicon 新思科技列入黑名单,现在要求所有生产芯片的公司都申请出口许可证。

 

而且,所有半导体生产都涉及美国开发的技术,华为无法接入任何现代节点(如台积电的 N5),只有依赖旧有的节点。

 

华为前轮值董事长郭平在最近的一次新闻发布会上说:「为此,创新的芯片封装、chiplet 互连技术以及特别的 3D 堆叠,是公司把更多的晶体管做在一个芯片上的方式,从而在竞争力上获得更好表现。」华为研究混合3D芯片堆叠技术,或可绕过美国技术制裁-开源基础软件社区

因此,对该公司来说,投资专用封装和互连方法是很有意义的。

 

「以 3D 混合键合技术为例的微纳米技术,将是扩展摩尔定律的主要手段。」郭平说。

 

华为高管表示,由于现代前沿工艺技术发展相对缓慢,采用 2.5D 或 3D 封装的多芯片设计,是芯片设计师的一种通用方法,它可以把更多晶体管做在他们的产品上,这样可以满足客户在新特征和新性能方面的期待。

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郭平强调,华为将继续投资于内部设计的面积增强(area enhancing)和堆叠技术。

 

新闻发布会公开清楚地声明,华为打算在即将推出的产品中,使用混合免费 TSV3D 堆叠方法,或者可能是类似的、更主流的方法。

 

主要的问题是,这种方法是否需要美国的先进工具或技术,毕竟,大多数制造工具使用的是源自美国的技术。

 


然而,是否存在代工公司,使用华为的专利技术,为其生产 3D 芯片封装,目前并不清楚。

 

但至少华为拥有一种独特的廉价 3D 堆叠技术,可以帮助它在不使用最新节点的情况下保持竞争力。

 


02

2.5D 和 3D 混合堆叠


未来几年,芯片封装创新和多芯片互连技术将成为前沿处理器的关键。

 

因此,当下所有主要芯片开发商和制造商,都拥有自己专有的芯片封装和互连方法。

 

一般来说,芯片制造商通常使用两种封装和互连方法:一是 2.5D 的封装,彼此相邻的小型芯片可以实现高密度/高带宽的封装内互连;二是 3D 封装,它将不同的小芯片堆叠在一起,从而使处理器变得更小。

 

然而,3D 封装通常需要相当复杂的布线,因为小芯片需要有通信的能力,并且必须使用 TSV(Through -Silicon-Via,硅通孔技术)来提供电力。

 

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TSV 封装技术

 


虽然,TSV 已在芯片制造中应用了十多年之久,但它们增加了封装过程的成本和复杂性。

 

所以,华为决定研究一种不使用 TSV 的替代解决方案。华为专家设计的这个方案,本质上是 2.5D 和 3D 堆叠的混合体。

 

这样,两个小芯片在封装内相互重叠,能大大地节省空间,不像经典 3D 封装那样完全叠放。

 

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重叠


华为的方法是用小芯片的重叠部分来建立逻辑互连。

 

同时,两个或更多的小芯片仍然有自己的电力传输的 PIN,然后使用各种方法连接到自己的再分配层 (RDL)。

 

虽然,华为的专利技术避免使用 TSV(Through -Silicon-Via,硅通孔技术),但实施起来并不算容易,而且也不便宜。华为研究混合3D芯片堆叠技术,或可绕过美国技术制裁-开源基础软件社区

TSV 硅通孔技术

 

华为研制的方案流程是,需要在连接另一个之前将其中一个小芯片倒置。

 

另外,它还需要构建至少两个再分配层来提供电力,这并不算特别便宜,因为它增加了几个额外的步骤。

 

而好消息是,一个芯片的再分配层可以用来连接内存,从而节省存储空间。

 

可以说,华为的混合 3D 堆叠比其它公司传统的 2.5D 和 3D 封装技术应用更普遍。

 

打个比方,通常来讲,我们很难将两个或三个耗电和热逻辑裸片堆叠在一起,因为冷却这样的堆叠非常复杂,这往往意味着对其它一些性能的妥协。

 


而华为的方法增加了堆叠的表面尺寸,从而简化了冷却步骤。

 

同时,堆叠仍然小于 2.5D 封装,这对于智能手机、笔记本电脑或平板电脑等移动应用程序十分关键。

 

04

规避美国制裁


值得注意的是,有报道称,华为计划与中芯国际合作建设半导体工厂,同样在先进封装和互连技术上下赌注,以规避美国政府的制裁。

 

该公司无法获得使用 10nm 以下生产芯片所需的技艺,因此,先进封装和互连方法对中芯国际来说同样至关重要。

 

然而,其他的半导体合同制造商,如台积电、GlobalFoundries,还有集成设计制造商,如英特尔、三星,以及甚至无晶圆厂芯片开发商,如 AMD 等,都可以获得最前沿的晶圆厂工具和技术。

 

因此,华为在开发他们自己的 2.5D 和 3D 芯片堆叠技术和互连方法。

 


 

已于2022-5-5 13:13:49修改
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