半导体大厂继续深耕“3D堆叠”技术

3D堆叠技术在个人电脑和高性能服务器的尖端半导体开发中的重要性正在提高。3D技术将在通过缩小电路宽度来提高集成度的背景下，继续提高半导体的性能。

3D堆叠技术在个人电脑和高性能服务器的尖端半导体开发中的重要性正在提高。

3D技术将在通过缩小电路宽度来提高集成度的背景下，继续提高半导体的性能。

微细化技术不断发展

英特尔1971年发布的第一个CPU元件只有2300个左右；苹果最新发布的M1芯片元件数量达到160亿个，增加到700万倍左右。

但进入2010年代后，线宽接近原子尺寸，微细化速度开始放缓。

在这种情况下，关注的是纵向堆叠多个芯片的3D和横向排列连接技术，可以在不依赖细化的情况下改善半导体的功能。

目前，由于摩尔定律的限制，R&D人员在提高芯片性能的方向上开辟了另一条新路径，即利用3D技术有效堆叠多个AO4852芯片，提高半导体的综合性能。

法国调查公司Yole预测，2026年的市场规模将增加到2021年的1.5倍，达到519亿美元，包括3D等技术。

随着技术创新，新的火车头将在半导体领域诞生，相关市场有望扩大。

3D堆叠技术的原因

现代芯片的功能越来越复杂，芯片尺寸越来越大，导致工艺技术越来越复杂，导致成本问题：不仅制造成本高，而且设计成本也越来越高。

为了解决这个问题，许多人想到使用模块化设计方法，即将功能块分离成小模块，制作高产率、低成本的芯粒，然后根据需要灵活组装，即合理切割芯片到各种应用程序。

传统的3DIC技术是将多个芯片堆叠在一起，并利用TSV技术将不同的芯片连接起来。

目前，3DIC主要用于内存芯片和传感器之间的堆叠架构，而2.5D技术已广泛应用于各种高端芯片组中。

现在，芯粒为安全可靠的电子系统设计开辟了一个新的领域，抓住了先进包装和3D集成的机遇。

通过调整芯片包装中的颗粒数量，可以创建不同规模的系统，大大提高了系统设计的灵活性和可扩展性，大大降低了研发成本，缩短了研发周期。

一般来说，3D堆叠技术在集成、性能、功耗等方面更具优势，设计自由度更高，开发时间更短，是各包装技术中最有前途的一种。

目前，随着高效计算、人工智能等应用的兴起，以及提供多个晶圆垂直通信的TSV技术的日益成熟，越来越多的CPU、GPU和存储器开始使用3D堆叠技术。

国际厂商之间的3D堆叠大战

●AMD：AMD宣布全面推出世界上第一款采用3D芯片堆叠的数据中心CPU，即采用AMD3DV-Cache技术的第三代AMDEPYC处理器，代号Milan-X。

基于Zen3的核心架构，这些处理器进一步扩展了第三代EPYC处理器系列产品。与非堆叠的第三代AMDEPYC处理器相比，它们可以为各种目标技术的工作负荷提供高达66%的性能改进。

第三代AMDEPYC处理器采用AMD3DV-Cache技术，使AMD能够带来业内第一个采用3D芯片堆叠技术的服务器处理器。

●台积电：在加州圣塔克拉拉第24届年度技术研讨会上，台积电首次宣布了创新的系统集成单芯片（SoIC）多芯片3D堆叠技术。

SoIC技术采用硅穿孔(TSV)技术，可实现无凸起键合结构，可将许多不同性质的临近芯片整合在一起。

多层芯片可以通过微小的孔隙直接通信，在同一体积上增加多倍以上。

●英特尔：困于10nm的英特尔也在这方面寻找新的机会，推出了业内首款3D逻辑芯片包装技术Foveros。Foveros首次引入3D堆叠，可以在逻辑芯片上实现逻辑芯片的堆叠。

今年7月，英特尔展示了新的RibbonFET晶体管架构。新的包装方式可以将NMOS和PMOS堆叠在一起，紧密互联，从而提高芯片在空间上的晶体管密度。

●佳能：佳能正在开发用于半导体3D技术的光刻机，最早将于2023年推出。

3D光刻机的曝光面积扩大到现有产品的4倍左右。佳能在原有的基础上改进透镜、镜台等光学部件，提高曝光精度，增加布线密度，实现3D光刻。

●格芯:格芯宣布推出适用于高性能计算应用的高密度3D堆叠测试芯片，采用格芯12nmleading-Performance(12LP)FinFET工艺制造。

采用Arm3D网络连接技术，核心数据通路更直接，可减少延迟，提高数据传输率，满足数据中心、边缘计算和高端消费电子应用的需求。

●IME：新一代IME半导体堆叠方法，通过面对面和背对面晶圆键合和堆叠，与台积电和AMDSRAM堆叠技术相比，IME新技术更进一步。

●华为：去年，华为获得了双芯叠加专利，优化了14nm芯片的性能，但通过堆叠曝光的方式与苹果的Ultrafusion架构不同。

虽然这也意味着双芯片组合成单个主芯片，但苹果和华为可以说是两种完全不同的方式。

采用面积换性能和堆叠换性能，使得不那么先进的工艺能够继续让华为在未来的产品中具有竞争力。

结尾：

如果推广各种芯片组合的3D技术，专注于设计的无厂半导体制造商之间的合作，以及与OEM企业的合作，将提高其重要性。

以3D半导体的开发和制造技术为核心，半导体制造商的行业力量版图可能会发生变化。