芯片正在全面走向3D

前言：
目前芯片也开始进行多方位探索，以寻求更好的方式来提升性能。

最近这些年芯片正在从二维走向三维世界——芯片设计、芯片封装等环节都在向3D结构靠拢。

作者 ｜ 方文

图片来源 ｜ 网 络

最早实现3D化的晶体管

按照摩尔定律，晶体管的数量与芯片性能息息相关，晶体管是最早实现3D化的，在平面晶体管时代，22nm基本就是大家公认的极限了，为了突破这个工艺极限，FinFET晶体管诞生了。

FinFET确切的说，是一个技术的代称。世界上第一个3D三维晶体管是由英特尔在2011年5月宣布研制成功，当时英特尔称其为 “Tri－Gate”（三栅极晶体管）。

早在2002年，英特尔就已经提出了相关技术专利，花了将近10年完善，并在2011年年底用Tri－Gate技术量产22nm工艺的新一代处理器lvy Bridge，于2012年初正式发布。虽然叫法不同，但Tri－Gate的本质就是FinFET。

3D Flash向200层加速

从时间上看，第一个3D晶体管和第一代3D NAND闪存芯片推出的时间相差无几。2011年，英特尔推出世界上第一个3D三维晶体管，2012年三星推出第一代3D NAND闪存芯片，也是第一款32层SLC V－NAND SSD——850 PRO。

最开始是东芝在2008年开发了3D NAND结构BICS，4年后，三星在2012年推出了第一代3D NAND闪存芯片，随后，东芝、西部数据、美光等存储大厂接连跟上，拉开了3D NAND 层数之战的序幕。

近日也发布了业界首个232层堆栈的 3D NAND Flash芯片，虽然暂时还没有公布232层3D NAND闪存芯片的具体参数，但可以知道采用的是CuA架构，初始容量为1Tb（128GB），并预计在2022年底左右开始量产。

3D封装技术如火如荼

3D封装在前段时间也是狠狠火了一把，随着芯片越来越复杂，芯片面积、良率和复杂工艺的矛盾难以调和，3D封装是发展的必然趋势。

在晶圆代工厂领域，台积电的3D封装技术一马当先，早在2008年底台积电就成立导线与封装技术整合部门，正式进军封装领域。据悉，台积电的3D封装工艺主要分为前端芯片堆叠SoIC技术和后端先进封装CoWoS和InFO技术。

英特尔则是在2018年推出了3D堆叠封装技术“Foveros”，第一代 Foveros于2019年在Lakefield芯片中推出。英特尔预测第三代Foveros Omni以及第四代Foveros Direc都将在2023年量产。

三星在2020年8月公布了自家的3D封装技术“X－Cube”，三星表示，这项技术将用于 5G、AI、AR、HPC（高性能计算）、移动和 VR 等领域。

3D DRAM也正在路上

目前，几家存储大厂也开始逐渐向3D DRAM迈进。今年年初，BusinessKorea 报道称，三星电子正在加速 3D DRAM 的研发，已经开始加强招聘人员等相关团队建设。

此外，美光科技和 SK 海力士也在考虑开发3D DRAM。美光提交了与三星电子不同的 3D DRAM 专利申请，希望能在不放置单元的情况下改变晶体管和电容器的形状。

也有日本媒体报道称，华为将在6月份举行的 VLSI Symposium 2022上发表其与中科院微电子研究所合作开发的 3D DRAM 技术。

Applied Materials和Lam Research等全球半导体设备制造商也在开发与3D DRAM相关的解决方案。

结尾：

在芯片从二维走向三维的过程中，出现了很多新技术，这些新技术的出现，不仅突破了某个行业内的瓶颈，也促进了半导体产业的继续创新。

部分内容来源于：中国科大图书馆：芯片的3D趋势；IEEE电气电子工程师：3D芯片技术颠覆计算的三种方式；黑科技观察家：3D芯片的未来发展方向，构建下一代3D芯片的技术一览；半导体行业观察：芯片，全面走向3D；祺芯半导体：芯片，全面走向3D

原文标题 : AI芯天下丨趋势丨芯片正在全面走向3D