5G手機(jī)全球出貨量首次超過(guò)4G手機(jī) 臺(tái)積電3D Fabric技術(shù)如何助力手機(jī)和HPC芯片

臺(tái)積電（中國(guó)）有限公司技術(shù)總監(jiān)陳敏表示，臺(tái)積的5納米已經(jīng)量產(chǎn)超過(guò)3年，累計(jì)出貨超過(guò)200萬(wàn)片，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用在大家的智能手機(jī)、AI，還有HPC的產(chǎn)品。臺(tái)積電的3納米產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)展非常順利，將在今年下半年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，而2納米產(chǎn)品的量產(chǎn)預(yù)計(jì)會(huì)在2025年實(shí)現(xiàn)。

陳敏說(shuō)：“5納米的家族，臺(tái)積電將提供了N4、N4P和N4X，這是5納米的新成員，通過(guò)新成員的增加使得客戶在5納米家族的產(chǎn)品可以獲得更好的PPA的表現(xiàn)。TSMC 3D Fabric先進(jìn)封裝技術(shù)涵蓋 2.5D 和垂直芯片堆疊產(chǎn)，是臺(tái)積電過(guò)去10年以來(lái)對(duì)于3D IC的不斷完善和開(kāi)發(fā)?？蛻舨捎门_(tái)積3D Fabric所生產(chǎn)的產(chǎn)品取得的整個(gè)系統(tǒng)效能的提升，都有非常良好的表現(xiàn)。”

就3D Fabric在HPC上、手機(jī)上的應(yīng)用發(fā)展。臺(tái)積電技術(shù)人員表示，wafer level 3D封裝并非在基板上實(shí)現(xiàn)，而是通過(guò)制造手段實(shí)現(xiàn)。這是Chiplet的典型方案，當(dāng)芯片過(guò)于大時(shí)，需要將其切割成小芯片。臺(tái)積電的SoIC是由三顆Chiplet的小方案組成的。

3D Fabric 在HPC中的應(yīng)用 HPC的高性能運(yùn)算主要指網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)通訊產(chǎn)品、CPU、GPU以及使用AI的芯片產(chǎn)品，都屬于HPC的范疇。

這其中會(huì)用到一些比較大的芯片。正常芯片最大尺寸是800平方毫米，但GPU和AI芯片需要無(wú)限增大時(shí)，需要切割。 在HPC中，臺(tái)積電會(huì)用到3D Chip Stacking。這種流程包括兩種方式，一種方式是 Chip on wafer，就是將切割后的Chip直接放在晶圓上；另一種方式是wafer on wafer，就是直接將晶圓和晶圓對(duì)接。

臺(tái)積電的3D封裝分為三個(gè)類型：一，如果是高密度的互連。芯片需要和基板相連則會(huì)使用silicon imterposer，直接使用晶圓作為中介層，進(jìn)行高密度的連接。二，如果兩個(gè)Die之間并非高密度互連，可能使用CoWoS-R或者InFo-2D的RDL。三、CoWoS-L處于以上兩種情況中間，在Die和Die之間高密度互聯(lián)區(qū)域中存在一個(gè)Local silicon。

在邏輯制程上，臺(tái)積電2022年已經(jīng)達(dá)到3nm節(jié)點(diǎn)。 SoIC-CoW可以做到Top Die和Bondom Die達(dá)到7nm，bondingpitch達(dá)到9個(gè)micron，未來(lái)的技術(shù)指標(biāo)將做到5nm和5nm的堆疊，6 micron的尺寸。 SoIC-WoW，達(dá)到7nm、0.13DTC。AMD發(fā)布的EPYC Processor中，將最占面積的緩存進(jìn)行了3層的堆疊。 其他的封裝方案還有，CoWoS和InFo。 CoWoS方案上，臺(tái)積電推出了三種方式，CoWoS-S、CoWoS-R、CoWoS-L。CoWoS-S是CoWoS中臺(tái)積電能夠提供的最成熟技術(shù)。

3D Fabric的制造及生態(tài)鏈進(jìn)展

目前，臺(tái)積電已經(jīng)建成了全球第一個(gè)全自動(dòng)化3D Fabric工廠，可以提供：SoIC、CoWoS、InFO、先進(jìn)測(cè)試的服務(wù)。

臺(tái)積電技術(shù)人員表示，3D Fabric仍然面臨著很大挑戰(zhàn)，對(duì)此臺(tái)積電也在努力推動(dòng)工業(yè)的生態(tài)鏈建設(shè)，包括基板、存儲(chǔ)、散熱、封裝材料、設(shè)備的合作協(xié)同。

基板的尺寸大多停留在70*70mm的尺寸，但隨著芯片的逐漸增大，需要的基板尺寸也更大。如何驅(qū)動(dòng)基板廠商與臺(tái)積電一起進(jìn)一步改進(jìn)，是其中一個(gè)問(wèn)題。 在HPC方面，臺(tái)積電將與HBM供應(yīng)商密切合作，定義和調(diào)整HBM3規(guī)范，以實(shí)現(xiàn)與CoWoS技術(shù)的強(qiáng)大工藝集成。在手機(jī)領(lǐng)域，將InFo-POP兼容性從定制擴(kuò)展到主流LPDDR，實(shí)現(xiàn)InFO-B工藝與LPDDR組件的集成。 3D Fabric將釋放下一代創(chuàng)新力量。

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