解决芯片间互连 看3D封装最新进展
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目前，行业内共有大约十几家公司在追求被称为“硅片直通孔(TSV)”或其它形式的3D封装技术，并将其作为芯片间直接互连的下一个巨大飞跃，而IBM正是其中之一。4月下旬，一组半导体专家曾聚在一起，首次为TSV技术草拟行业发展蓝图，该小组希望正式的发展蓝图能够在今年年底出炉。
3D封装技术超越了目前广为使用的系统级芯片(SoC)和系统级封装(SiP)方法。使用该技术，原始硅裸片通过几十微米宽的微小金属填充孔相互槽嵌(slotinto)在一起，而无需采用基层介质和导线。与目前封装方式所能达到的水平相比，该技术能以低得多的功耗和更高数据速率连接多种不同器件。
“为连接这些微米级过孔，时下采用的毫米级导线需要成百倍地被细化。”芯片产业研发联盟Sematech互连部门主管SitaramArkalgud表示，“最终目标是找到一种方法将异类堆栈中的CMOS、生物微机电系统(bio-MEMS)，以及其它器件连接起来。为此，业界或许需要一个标准的3D连线协议来放置过孔。”Arkalgud将帮助起草3D芯片发展蓝图。
“这将为芯片产业开辟一片全新的天地。”WeSRCH网站(由市场研究机构VLSIResearch创办)负责人DavidLammers表示。
攀登3D阶梯
IBM将采用渐进方式启动3D封装技术。除了功放，IBM还计划采用该技术将一个微处理器与接地层连接，从而稳定芯片上的功率分布，而这将需要100多个过孔来连接稳压器和其它无源器件。
IBM已经完成了这样一个设计原型，并预计此举能将CPU功耗减少20%。“不过，我们还未决定将其插入产品计划的哪个环节。”IBM探索性研发小组高级研发经理WilfriedHaensch表示。
最终目标是采用数千个互连实现CPU和存储器间的高带宽连接。IBM已将其BlueGene超级计算机中使用的定制Power处理器改为TSV封装。新的芯片将与缓存芯片直接匹配，目前，采用该技术的一个SRAM原型正在IBM的300mm生产线上利用65nm工艺技术进行制造。
“我敢打赌，到2010年将出现采用该方法连接缓存的微处理器。”Lammers指出，“我认为，真正需要这种技术的，是那种超过10个内核的处理器场合。在这种情况下，处理器和存储器间的带宽确实是个问题。”
在英特尔和AMD间正在进行的博弈中，该新技术将成为一个重要筹码。虽然AMD与IBM合作开发工艺技术，但AMD可能需要向IBM申请这种封装技术的特别使用许可——这也许会发生在32nm时代，Lammers介绍。
英特尔也在开发TSV技术。英特尔计划在未来的万亿赫兹研究型处理器中采用这种技术，该公司研发部负责人JustinRattner在去年的英特尔开发者论坛上曾如此表示。
TSV可把芯片上数据需要传输的距离缩短1,000倍，并使每个器件的互连性增加100倍，IBM声称。“这一突破是IBM十多年的研究结晶。”IBM半导体研发中心副总裁LisaSu表示。
芯片制造商的3D互连研究历时多年，但截至目前，该技术仍被认为是一种昂贵的、针对特定小应用领域的技术。工程师一直在研究通孔、晶圆级邦定，以及其它替代技术。由于众多专家相信2009年将出现一场互连危机，所以对3D互连和封装的需求已变得日益迫切。这场危机的根源在于：随着芯片工艺节点的缩小，芯片设计中铝或铜导线变得越来越细，从而会导致潜在的时序延迟及多余的铜阻抗。
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