英特爾（Intel）新一代 CPU“Meteor Lake” 即將在本月（9 月）發佈。Meteor Lake 採用英特爾史上最先進的第二代 3D IC 封裝技術 “Foveros”，透過堆疊封裝方式，以增進芯片效能。摩爾定律已漸漸失效，因為製程迭代存在物理極限，故而即使採用 SiC 材料，也難以扭轉這種趨勢。於是，改進封裝技術，成了延續摩爾定律的又一個新的技術努力方向。英特爾封裝/組裝和測試技術開發資深總監 Pat Stover 説，“我在封裝領域已有 27 年經驗，透過封裝技術延續了摩爾定律”。封裝技術的改進，被稱為 “先進封裝”。通俗地説，先進封裝，就是將芯片像樂高積木那樣堆疊組合，再把這些組合封住固化成一個整體。這是用 3D 立體方式解決物理存在極限帶來的微縮障礙。台積電、英特爾和三星電子等，都在提高這種技術的研發投入。英特爾在亞太區下了封裝投資重注，選擇的國家是馬來西亞。看上，英特爾很想在台積電的封裝版圖中，掰下一塊蛋糕，但就目前的進展看，還沒到真正能對台積電形成威脅的那個時刻。<h2>2.5D/3D 封裝的異同點是什麼？</h2>一般來説，先進封裝是指 2.5D 以上的封裝技術。所謂 2.5D，就是堆疊部分芯片；3D 是實現全部堆疊。目前，蘋果（Apple）的 M1 Ultra 芯片，採用的是台積電的 InFO 封裝技術（InFO_Li），為 2.5D；英偉達（NVIDIA）AI 芯片則用了台積電 CoWoS 封裝堆疊技術，又被稱為 “3D IC”。但也有技術論文稱台積電 CoWoS 也是 2.5D 封裝技術。台積電 SoIC 技術則屬於 3D 封裝。2.5D/3D IC 封裝都是新興的半導體封裝技術，都能實現芯片間的高速和高密度互連，從而提高系統的性能和集成度。這兩者的區別：首先是連接方式不同。2.5D 封裝通過 TSV 硅轉接基板連接芯片，將兩個或多個有源半導體芯片並排置於硅中介層，以實現多個/組芯片的高密度互連；3D IC 封裝是將多個芯片/組作垂直堆疊，再通過直接鍵合技術實現芯片間的互連，特點是芯片組之間連接相對於 2.D 封裝更短，尺寸也更小。其次，製造工藝不同。2.5D 封裝要製造硅基中介層，還要做微影技術等複雜工藝；3D IC 封裝的製造工藝是要應用直接鍵合技術，難度很高。第三，應用場景和性能不同。2.5D 封裝通常在高性能計算、網絡通信、人工智能和移動設備等領域有大規模應用，具有較高的性能和相對更靈活的設計；3D IC 封裝通常應用於存儲器、傳感器和醫療器械等領域，集成度較高，封裝體積也相對更小。英特爾的 2.5D 封裝技術被稱為 “EMIB”，自 2017 年開始在產品中得以應用。與一般 2.5D 封裝技術不同之處是 EMIB 沒有 TSV 轉接基板。所以無需額外工藝，設計也較為簡單。英特爾的資料中心處理器 Sapphire Rapid 即採用了這項技術。英特爾首代 3D IC 封裝稱為 “Foveros”，2019 年時用於英特爾上一代計算機處理器 Lakefield。就技術特色而言，EMIB 透過 “硅橋（Sillicon Bridge）”（而非 TSV 轉接基板），從下方連接高帶寬存儲器（HBM：High Bandwidth Memory）和運算等各種芯片（die）。由於硅橋會埋在基板（substrate）中並連接芯片，達成高帶寬存儲器和運算芯片的直接連接，因此這樣就能加快芯片本身的能效。Foveros 採用 3D 堆疊，將高帶寬存儲器、運算單元和架構等不同功能的芯片組像漢堡包一樣層疊，再用銅線穿透每層芯片組，就像將筷子穿透插入漢堡包，以此達到連接效果。最後，工廠將已完成堆疊的芯片送到封裝廠座組裝，接合銅線與電路板上的電路。9 月即將發佈的英特爾新一代 CPU“Meteor Lake”，即採用了第二代 “Foveros” 3D IC 技術。目前，台積電 CoWoS 封裝技術產能不足。業界有消息稱，蘋果公司預訂了台積電 CoWoS 封裝大部分產能，迫使高通將部分芯片訂單轉給三星電子。目前，三星電子的 3D 封裝技術被稱為 “X-Cube”。就這兩種封裝技術的應用廣度和深度看，3D 封裝技術仍在早期階段，2.5D 封裝技術也沒有完全放量。有一點很有意思，據 Pat Stover 透露，在英特爾 IDM2.0 戰略指引下，即使客户未在晶圓代工廠下單，也可以使用先進封裝服務。這説明英特爾開始從 “產品導向” 轉變為 “用户導向”，不再強調產品本位思維，轉而向着 “客户需求定製” 商業模式轉換。比如，客户可以直接在英特爾完成封裝，而沒有強制規定客户必須通過英特爾代工廠完成芯片製造的所有流程。<h2>海外封測核心重鎮在哪？</h2>英特爾在 9 月即將發佈的新一代 CPU“Meteor Lake”，採用了自家的 3D IC 封裝技術 “Foveros”，封裝環節也會在自家工廠完成。英特爾做先進封裝是認真的。8 月底，有媒體消息稱，英特爾副總裁兼亞太區總經理 Steven Long 表示，目前英特爾正在馬來西亞檳城興建最新的封裝廠，以強化 2.5D/3D 封裝佈局。這將是繼英特爾新墨西哥州及奧勒岡廠之後，首座在美國之外採用英特爾 Foveros 先進封裝架構的 3D 封裝廠。根據英特爾的規劃，到 2025 年，英特爾 Foveros 封裝產能將達到當前水平的 4 倍。屆時，檳城新廠將成為英特爾最大的 3D 封裝廠。此外，英特爾還將在馬來西亞居林高科技園區興建另一座封裝測試廠。未來英特爾在馬來西亞的封測廠將增至 6 座。在 2022 年末舉行的英特爾 On 技術創新峯會上，英特爾 CEO 基辛格表示，英特爾代工服務將開創 “系統級代工時代”。不同於僅向客户供應晶圓的傳統代工模式，英特爾還提供硅片、封裝、軟件和芯粒等多項服務。此外，從 Pat Stover 的描述中可以看到，英特爾將芯片代工的各個環節都做了 “拆/整” 組合，以更靈活的方式由客户自行挑選。值得一提的是英特爾 Foveros 計劃推出 Foveros Direct，這能實現直接銅對銅鍵合轉變。通過 HBI（Hybrid Bonding）技術以實現 10 微米以下的凸點間距，讓不同芯片間實現超過 10 倍的互聯密度提升。這就使得晶圓製造與先進封裝之間的界限不再那麼涇渭分明，但其對先進封裝工廠要求也大幅提升。據英特爾企業副總裁暨亞太日本區（APJ）總經理 Steve Long 透露，英特爾在亞太區的多國均有投資，但主要集中在日本和馬來西亞，尤其以後者的投資額為最高。華爾街見聞查閲英特爾公開投資記錄發現，在亞太區，英特爾在中國（成都）有投資組裝測試廠；在越難，英特爾也做了組裝測試廠的投資。就封裝廠而言，英特爾目前有在建和規劃中的 3 座工廠：分別位於美國新墨西哥州（在建）、馬來西亞檳城（開建）和馬來西亞居林（規劃）。目前英特爾官方並未透露 Foveros 的產能數據。就眼下的情況看，台積電和三星電子不必對英特爾的先進封裝產能有過分擔憂。因為英特爾在兩年前宣佈投資 35 億美元擴充的新墨西哥州先進封裝產能廠，至今仍未完工。至於馬來西亞檳城新廠的完工時間，估計要到 2024 年底和 2025 年初。未來英特爾在馬來西亞將有 6 座工廠。現有的 4 座分別為檳城和居林（Kulim）的兩座封測廠，以及在居林負責生產測試設備的系統整合和製造服務廠（SIMS）和自制設備廠（KMDSDP）。英特爾芯片組數計工程事業部副總裁 Suresh Kumar 表示，擁有設計能力是馬來西亞基地的重要特色，同一個專案能和美國奧勒岡州（Oregon）的研發團隊輪流交替，可以 24 小時不間斷地投入研發，“馬來西亞設計團隊已經擁有 32 年的歷史，加上產線近乎完整，在這邊設計速度也會較快”。

台積電

英特爾

在亞太區下重注，這個國家受青睞。

賽道 Hyper | 劍指台積電：英特爾重注押寶先進封裝