英特尔（Intel）新一代 CPU“Meteor Lake” 即将在本月（9 月）发布。Meteor Lake 采用英特尔史上最先进的第二代 3D IC 封装技术 “Foveros”，透过堆叠封装方式，以增进芯片效能。摩尔定律已渐渐失效，因为制程迭代存在物理极限，故而即使采用 SiC 材料，也难以扭转这种趋势。于是，改进封装技术，成了延续摩尔定律的又一个新的技术努力方向。英特尔封装/组装和测试技术开发资深总监 Pat Stover 说，“我在封装领域已有 27 年经验，透过封装技术延续了摩尔定律”。封装技术的改进，被称为 “先进封装”。通俗地说，先进封装，就是将芯片像乐高积木那样堆叠组合，再把这些组合封住固化成一个整体。这是用 3D 立体方式解决物理存在极限带来的微缩障碍。台积电、英特尔和三星电子等，都在提高这种技术的研发投入。英特尔在亚太区下了封装投资重注，选择的国家是马来西亚。看上，英特尔很想在台积电的封装版图中，掰下一块蛋糕，但就目前的进展看，还没到真正能对台积电形成威胁的那个时刻。<h2>2.5D/3D 封装的异同点是什么？</h2>一般来说，先进封装是指 2.5D 以上的封装技术。所谓 2.5D，就是堆叠部分芯片；3D 是实现全部堆叠。目前，苹果（Apple）的 M1 Ultra 芯片，采用的是台积电的 InFO 封装技术（InFO_Li），为 2.5D；英伟达（NVIDIA）AI 芯片则用了台积电 CoWoS 封装堆叠技术，又被称为 “3D IC”。但也有技术论文称台积电 CoWoS 也是 2.5D 封装技术。台积电 SoIC 技术则属于 3D 封装。2.5D/3D IC 封装都是新兴的半导体封装技术，都能实现芯片间的高速和高密度互连，从而提高系统的性能和集成度。这两者的区别：首先是连接方式不同。2.5D 封装通过 TSV 硅转接基板连接芯片，将两个或多个有源半导体芯片并排置于硅中介层，以实现多个/组芯片的高密度互连；3D IC 封装是将多个芯片/组作垂直堆叠，再通过直接键合技术实现芯片间的互连，特点是芯片组之间连接相对于 2.D 封装更短，尺寸也更小。其次，制造工艺不同。2.5D 封装要制造硅基中介层，还要做微影技术等复杂工艺；3D IC 封装的制造工艺是要应用直接键合技术，难度很高。第三，应用场景和性能不同。2.5D 封装通常在高性能计算、网络通信、人工智能和移动设备等领域有大规模应用，具有较高的性能和相对更灵活的设计；3D IC 封装通常应用于存储器、传感器和医疗器械等领域，集成度较高，封装体积也相对更小。英特尔的 2.5D 封装技术被称为 “EMIB”，自 2017 年开始在产品中得以应用。与一般 2.5D 封装技术不同之处是 EMIB 没有 TSV 转接基板。所以无需额外工艺，设计也较为简单。英特尔的资料中心处理器 Sapphire Rapid 即采用了这项技术。英特尔首代 3D IC 封装称为 “Foveros”，2019 年时用于英特尔上一代计算机处理器 Lakefield。就技术特色而言，EMIB 透过 “硅桥（Sillicon Bridge）”（而非 TSV 转接基板），从下方连接高带宽存储器（HBM：High Bandwidth Memory）和运算等各种芯片（die）。由于硅桥会埋在基板（substrate）中并连接芯片，达成高带宽存储器和运算芯片的直接连接，因此这样就能加快芯片本身的能效。Foveros 采用 3D 堆叠，将高带宽存储器、运算单元和架构等不同功能的芯片组像汉堡包一样层叠，再用铜线穿透每层芯片组，就像将筷子穿透插入汉堡包，以此达到连接效果。最后，工厂将已完成堆叠的芯片送到封装厂座组装，接合铜线与电路板上的电路。9 月即将发布的英特尔新一代 CPU“Meteor Lake”，即采用了第二代 “Foveros” 3D IC 技术。目前，台积电 CoWoS 封装技术产能不足。业界有消息称，苹果公司预订了台积电 CoWoS 封装大部分产能，迫使高通将部分芯片订单转给三星电子。目前，三星电子的 3D 封装技术被称为 “X-Cube”。就这两种封装技术的应用广度和深度看，3D 封装技术仍在早期阶段，2.5D 封装技术也没有完全放量。有一点很有意思，据 Pat Stover 透露，在英特尔 IDM2.0 战略指引下，即使客户未在晶圆代工厂下单，也可以使用先进封装服务。这说明英特尔开始从 “产品导向” 转变为 “用户导向”，不再强调产品本位思维，转而向着 “客户需求定制” 商业模式转换。比如，客户可以直接在英特尔完成封装，而没有强制规定客户必须通过英特尔代工厂完成芯片制造的所有流程。<h2>海外封测核心重镇在哪？</h2>英特尔在 9 月即将发布的新一代 CPU“Meteor Lake”，采用了自家的 3D IC 封装技术 “Foveros”，封装环节也会在自家工厂完成。英特尔做先进封装是认真的。8 月底，有媒体消息称，英特尔副总裁兼亚太区总经理 Steven Long 表示，目前英特尔正在马来西亚槟城兴建最新的封装厂，以强化 2.5D/3D 封装布局。这将是继英特尔新墨西哥州及奥勒冈厂之后，首座在美国之外采用英特尔 Foveros 先进封装架构的 3D 封装厂。根据英特尔的规划，到 2025 年，英特尔 Foveros 封装产能将达到当前水平的 4 倍。届时，槟城新厂将成为英特尔最大的 3D 封装厂。此外，英特尔还将在马来西亚居林高科技园区兴建另一座封装测试厂。未来英特尔在马来西亚的封测厂将增至 6 座。在 2022 年末举行的英特尔 On 技术创新峰会上，英特尔 CEO 基辛格表示，英特尔代工服务将开创 “系统级代工时代”。不同于仅向客户供应晶圆的传统代工模式，英特尔还提供硅片、封装、软件和芯粒等多项服务。此外，从 Pat Stover 的描述中可以看到，英特尔将芯片代工的各个环节都做了 “拆/整” 组合，以更灵活的方式由客户自行挑选。值得一提的是英特尔 Foveros 计划推出 Foveros Direct，这能实现直接铜对铜键合转变。通过 HBI（Hybrid Bonding）技术以实现 10 微米以下的凸点间距，让不同芯片间实现超过 10 倍的互联密度提升。这就使得晶圆制造与先进封装之间的界限不再那么泾渭分明，但其对先进封装工厂要求也大幅提升。据英特尔企业副总裁暨亚太日本区（APJ）总经理 Steve Long 透露，英特尔在亚太区的多国均有投资，但主要集中在日本和马来西亚，尤其以后者的投资额为最高。华尔街见闻查阅英特尔公开投资记录发现，在亚太区，英特尔在中国（成都）有投资组装测试厂；在越难，英特尔也做了组装测试厂的投资。就封装厂而言，英特尔目前有在建和规划中的 3 座工厂：分别位于美国新墨西哥州（在建）、马来西亚槟城（开建）和马来西亚居林（规划）。目前英特尔官方并未透露 Foveros 的产能数据。就眼下的情况看，台积电和三星电子不必对英特尔的先进封装产能有过分担忧。因为英特尔在两年前宣布投资 35 亿美元扩充的新墨西哥州先进封装产能厂，至今仍未完工。至于马来西亚槟城新厂的完工时间，估计要到 2024 年底和 2025 年初。未来英特尔在马来西亚将有 6 座工厂。现有的 4 座分别为槟城和居林（Kulim）的两座封测厂，以及在居林负责生产测试设备的系统整合和制造服务厂（SIMS）和自制设备厂（KMDSDP）。英特尔芯片组数计工程事业部副总裁 Suresh Kumar 表示，拥有设计能力是马来西亚基地的重要特色，同一个专案能和美国奥勒冈州（Oregon）的研发团队轮流交替，可以 24 小时不间断地投入研发，“马来西亚设计团队已经拥有 32 年的历史，加上产线近乎完整，在这边设计速度也会较快”。

台积电

英特尔

在亚太区下重注，这个国家受青睐。

赛道 Hyper | 剑指台积电：英特尔重注押宝先进封装