臺積電，重新定義晶圓代工

多年來，單片芯片定義了半導(dǎo)體創(chuàng)新。新的微處理器定義了新的市場，新的圖形處理器和手機(jī)芯片也是如此。到達(dá)下一個節(jié)點是目標(biāo)，當(dāng)晶圓廠運(yùn)送工作部件時，就宣告勝利了。然而，這種情況正在改變。

現(xiàn)在，半導(dǎo)體創(chuàng)新是由一系列與新封裝方法緊密集成的芯片驅(qū)動的，所有芯片都運(yùn)行高度復(fù)雜的軟件。這些變化的影響是巨大的。深厚的技術(shù)技能、基礎(chǔ)設(shè)施投資和生態(tài)系統(tǒng)協(xié)作都是必需的。但所有這些如何結(jié)合在一起以促進(jìn)下一件大事的發(fā)明呢？讓我們看看臺積電如何重新定義代工廠以實現(xiàn)下一代產(chǎn)品。

什么是晶圓代工廠？

代工廠的傳統(tǒng)范圍是晶圓制造、測試、封裝和批量交付工作單片芯片。支持技術(shù)包括實現(xiàn)工藝節(jié)點的工廠、PDK、經(jīng)過驗證的 IP 和 EDA 設(shè)計流程。有了這些功能，新產(chǎn)品就可以通過新的單片芯片來實現(xiàn)。幾十年來，所有這些都運(yùn)作良好。但現(xiàn)在，新產(chǎn)品架構(gòu)的復(fù)雜性因通常支持人工智能功能的軟件堆棧而放大，需要的不僅僅是單個單片芯片。這種從單片芯片解決方案的轉(zhuǎn)變有很多原因，其結(jié)果是多芯片解決方案的顯著增長。

關(guān)于這種創(chuàng)新范式的轉(zhuǎn)變已經(jīng)有很多文章。由于時間關(guān)系，這里就不展開了。有許多信息來源可以解釋這種轉(zhuǎn)變的原因。這是對正在發(fā)生的事情的一個很好的總結(jié)。

所有這一切的底線是產(chǎn)品創(chuàng)新的定義發(fā)生了重大變化。幾十年來，該代工廠提供了推動創(chuàng)新所需的技術(shù)——新工藝中的新芯片。如今的要求要復(fù)雜得多，包括提供新系統(tǒng)功能各個部分的多個芯片（或小芯片）。這些設(shè)備通常會加速人工智能算法。有些正在感測環(huán)境，或執(zhí)行混合信號處理，或與云通信。其他公司正在提供大規(guī)模的本地存儲陣列。

所有這些功能必須以密集封裝的形式提供，以適應(yīng)改變世界的新產(chǎn)品所需的外形尺寸、功耗、性能和延遲。這里要提出的問題是晶圓代工廠現(xiàn)在怎么樣了？為所有這些創(chuàng)新提供支持技術(shù)需要比過去更多的東西。代工廠現(xiàn)在是否成為更復(fù)雜價值鏈的一部分，或者是否有更可預(yù)測的方式？一些組織正在加緊行動。讓我們看看臺積電如何重新定義代工廠以實現(xiàn)下一代產(chǎn)品。

下一代產(chǎn)品的支持技術(shù)

需要新材料和新制造方法來實現(xiàn)下一代產(chǎn)品所需的密集集成。TSMC 已開發(fā)出一整套此類技術(shù)，并以名為 TSMC 3DFabric的集成封裝形式提供。

芯片堆疊是通過稱為 TSMC-SoIC（集成芯片系統(tǒng)）的前端工藝完成的。晶圓上芯片 (CoW) 和晶圓上晶圓 (WoW) 功能均可用。轉(zhuǎn)向后端先進(jìn)封裝，有兩種技術(shù)可用。InFO（集成扇出）是一種chip first的方法，可提供重新分布層 (RDL) 連接，并可選擇使用本地硅互連。CoWoS（基板上晶圓芯片）是一種chip last方法，可提供具有可選本地硅互連的硅中介層或 RDL 中介層。

所有這些功能都在一個統(tǒng)一的封裝中提供。臺積電顯然正在擴(kuò)大代工的含義。臺積電還與 IP、基板和內(nèi)存供應(yīng)商合作，提供集成的交鑰匙服務(wù)，為先進(jìn)封裝提供端到端技術(shù)和后勤支持。生態(tài)系統(tǒng)搭配是成功的關(guān)鍵因素。所有供應(yīng)商必須有效合作，實現(xiàn)下一件大事。臺積電擁有建立強(qiáng)大生態(tài)系統(tǒng)來實現(xiàn)這一目標(biāo)的歷史。

前面我提到了基礎(chǔ)設(shè)施投資。臺積電憑借智能封裝工廠再次領(lǐng)先。此功能廣泛使用人工智能、機(jī)器人技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析。包裝曾經(jīng)是鑄造過程中的事后想法。它現(xiàn)在已成為創(chuàng)新的核心，進(jìn)一步擴(kuò)展了晶圓廠的含義。

邁向完整的解決方案

到目前為止討論的所有功能使我們非常接近完全集成的創(chuàng)新模型，這種模型真正擴(kuò)展了代工廠的交付能力。但還需要一件作品才能完成這幅畫?？煽俊⒓闪己玫募夹g(shù)是成功創(chuàng)新的關(guān)鍵要素，但此過程的最后一英里是設(shè)計流程。您需要能夠定義將使用哪些技術(shù)、如何組裝這些技術(shù)，然后構(gòu)建和驗證半導(dǎo)體系統(tǒng)的模型，并在構(gòu)建之前驗證其是否有效。

要實現(xiàn)這一目標(biāo)，需要使用多個供應(yīng)商提供的工具，以及更多供應(yīng)商提供的 IP 和材料模型。這一切都需要以統(tǒng)一、可預(yù)測的方式進(jìn)行。對于先進(jìn)的多芯片設(shè)計，還有更多的問題需要解決。有源和無源芯片的選擇、它們的連接方式（水平（2.5D）和垂直（3D））以及它們?nèi)绾蜗嗷ミB接只是需要考慮的幾個新項目。

臺積電在最近的 OIP 生態(tài)系統(tǒng)論壇上的聲明給我留下了深刻的印象來解決最后一英里的問題。我們可以點擊以下視頻，查看 Jim Chang 對于3D Fabric的演講。