為什么EMIB 2.5D封裝是AI芯片最好的選擇？

本文作者：包永剛

2025-03-27 18:34

導(dǎo)語：英特爾代工先進(jìn)封裝的五大優(yōu)勢(shì)，和靈活的策略。

生成式AI的時(shí)代正在到來，AI模型越來越強(qiáng)大，對(duì)算力的需求越來越高，而AI算力的提升，又進(jìn)一步刺激更龐大模型的誕生。

在提升AI芯片性能的過程中，需要在單個(gè)封裝內(nèi)集成CPU、加速器、內(nèi)存等多個(gè)芯片。傳統(tǒng)的封裝已經(jīng)跟不上AI芯片對(duì)高帶寬、低功耗、緊湊集成的要求。

“過去，先進(jìn)封裝技術(shù)常被忽視，但如今系統(tǒng)級(jí)代工廠（systems foundry）以及系統(tǒng)技術(shù)協(xié)同優(yōu)化（system technology co-optimization）的概念變得愈發(fā)重要。”英特爾先進(jìn)系統(tǒng)封裝與測(cè)試事業(yè)部副總裁兼總經(jīng)理Mark Gardner表示。

為什么EMIB 2.5D封裝是AI芯片最好的選擇？

對(duì)于先進(jìn)封裝，許多人都將目光轉(zhuǎn)向了晶圓級(jí)先進(jìn)封裝，然而Mark Gardner卻說EMIB 2.5D才是AI領(lǐng)域的理想選擇，這是為什么？

先進(jìn)封裝的產(chǎn)能限制

3D先進(jìn)封裝是許多業(yè)界領(lǐng)先的AI芯片的首選，這些AI芯片面臨3D先進(jìn)封裝的產(chǎn)能與良率問題。

先進(jìn)封裝的產(chǎn)能成為了能否生產(chǎn)出先進(jìn)AI芯片，滿許AI模型對(duì)算力需求的前提。

根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)，過去幾年，行業(yè)在2.5D封裝產(chǎn)能面臨諸多限制，不能夠充分滿足市場(chǎng)需求。

為什么EMIB 2.5D封裝是AI芯片最好的選擇？

“當(dāng)我們將Foveros 2.5D與EMIB 2.5D的產(chǎn)能相結(jié)合時(shí)，綜合產(chǎn)能是當(dāng)前行業(yè)水平的兩倍以上。”Mark Gardner進(jìn)一步表示，“我們已經(jīng)完成了超過250個(gè)2.5D設(shè)計(jì)項(xiàng)目，這些項(xiàng)目既涉及英特爾產(chǎn)品，也涵蓋其他無晶圓廠客戶的需求，應(yīng)用范圍從消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品到FPGA、服務(wù)器數(shù)據(jù)中心以及AI加速器。”

雷峰網(wǎng)(公眾號(hào)：雷峰網(wǎng))了解到，EMIB 2.5D的首個(gè)產(chǎn)品已經(jīng)投產(chǎn)近十年了。

那為什么EMIB 2.5D仍是AI芯片的首選？

EMIB 2.5D先進(jìn)封裝是AI最佳選擇的五大理由

EMIB（嵌入式多芯片互連橋）采用嵌入基板中的硅橋技術(shù)，當(dāng)需要高密度的芯片間連接，希望在基板上直接連接多個(gè)小芯片（Chiplets），實(shí)現(xiàn)低功耗連接時(shí)，EMIB是一種理想的選擇。

EMIB系列包含了EMIB 2.5D和EMIB 3.5D，EMIB 2.5D支持單層芯片，也可以進(jìn)行HBM（高帶寬存儲(chǔ)）堆疊。EMIB 3.5D與EMIB 2.5D類似，差別在于EMIB 3.5D引入了3D堆疊技術(shù)。

Mark Gardner認(rèn)為，EMIB 2.5D是AI最佳選擇的理由有五個(gè)優(yōu)勢(shì)。

第一個(gè)優(yōu)勢(shì)是成本。對(duì)比晶圓級(jí)封裝，EMIB橋接是一種非常小的硅片，由于尺寸小，可以充分利用晶圓面積。相比采用晶圓級(jí)封裝只能得到少量成品，會(huì)浪費(fèi)大量空間和資源，EMIB有顯著的高效利用率的優(yōu)勢(shì)。

“當(dāng)擴(kuò)展到更大面積的硅片復(fù)合體時(shí)，封裝內(nèi)HBM的數(shù)量越多，EMIB的成本優(yōu)勢(shì)相比晶圓級(jí)的封裝技術(shù)呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。”Mark Gardner補(bǔ)充表示。

EMIB 2.5D的第二、第三點(diǎn)優(yōu)勢(shì)緊密相連，即更高的良率和更快的生產(chǎn)周期。

晶圓級(jí)的封裝，始終存在晶圓封裝步驟，有時(shí)稱為“芯片對(duì)晶圓”（Chip-on-Wafer）步驟，包括將頂層芯片附著到晶圓上，并涉及模具、凸點(diǎn)等。這些步驟顯然增加了良率損失的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)椴襟E越多，復(fù)雜度越高，所需時(shí)間也越長(zhǎng)。

“這種步驟的改進(jìn)并不是幾天，而是幾周的時(shí)間周期。”Mark Gardner指出，“EMIB能夠讓客戶更快獲得加電測(cè)試數(shù)據(jù)、硅片驗(yàn)證數(shù)據(jù)等，更高的良率和更短的生產(chǎn)周期成為EMIB技術(shù)。”

EMIB的第四個(gè)優(yōu)勢(shì)是英特爾將硅橋嵌入基板的做法。

制造基板時(shí)，是在一個(gè)大的方形面板上進(jìn)行，這種做法能夠極大地提高基板面板的利用率。由于基板的尺寸規(guī)格與面板格式相匹配，它具備很好的可擴(kuò)展性，能夠適應(yīng)大型復(fù)雜封裝的需求。

“AI領(lǐng)域的客戶可能希望在一個(gè)封裝中集成更多的HBM（高帶寬存儲(chǔ)器），并且希望在一個(gè)封裝中容納更多的工作負(fù)載內(nèi)容，這種技術(shù)顯然能夠滿足這些需求。”Mark Gardner表示。

第五個(gè)優(yōu)勢(shì)就是能給客戶提供更多選擇。

EMIB作為市場(chǎng)上已有既定的行業(yè)解決方案的替代方案，而英特爾代工致力于為客戶提供多樣化的選項(xiàng)，EMIB為客戶提供了靈活性和選擇權(quán)，不同工藝節(jié)點(diǎn)、不同材料的芯片可以通過EMIB 2.5D封裝在一起，芯片廠商可以自由選擇最適合的IP模塊實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的計(jì)算架構(gòu)。

至于EMIB 3.5D，它不僅具備EMIB的優(yōu)勢(shì)，還增加了堆疊的靈活性，因?yàn)槟承㊣P更適合垂直堆疊，而不是水平連接。

為什么EMIB 2.5D封裝是AI芯片最好的選擇？

英特爾還有Foveros技術(shù)，包括Foveros 2.5D和Foveros 3D。與EMIB 3.5D類似，F(xiàn)overos技術(shù)可以與其他中介層技術(shù)結(jié)合使用。

“在AI和HPC產(chǎn)品中，可以結(jié)合使用多種技術(shù)。例如，可能會(huì)采用Foveros Direct 3D，同時(shí)與HBM連接，最終形成EMIB 3.5D封裝。這些技術(shù)并非互斥，可以結(jié)合到一個(gè)封裝中。”Mark Gardner表示。

Foveros Direct的特點(diǎn)是不采用焊料與焊料連接，而是采用銅-銅直接鍵合。這種連接方式能夠?qū)崿F(xiàn)最高的帶寬和最低功耗的互連。

Mark Gardner透露，英特爾代工正在開發(fā)120×120毫米的封裝尺寸的超大封裝（Large Packages），預(yù)計(jì)將在1-2年內(nèi)進(jìn)入量產(chǎn)。

先進(jìn)封裝時(shí)代，提升良率更有價(jià)值

芯片制造過程中良率的改善一直非常有價(jià)值，如今封裝的材料成本加上所有硅片內(nèi)容達(dá)到數(shù)千美元時(shí)，這種改進(jìn)就變得尤為關(guān)鍵。

因?yàn)椋粋€(gè)封裝內(nèi)僅有一顆芯片時(shí)，情況相對(duì)簡(jiǎn)單。但如果有50塊不同的芯片組合在一起，一塊壞的就會(huì)毀掉另外49塊好的芯片。

英特爾開發(fā)了一種名為“裸片測(cè)試”（Die Sort）的技術(shù)，它已經(jīng)在生產(chǎn)中使用了十多年。“我們會(huì)將整片晶圓分割成一個(gè)個(gè)單獨(dú)的裸片，并在組裝到基板之前對(duì)它們進(jìn)行分類和測(cè)試。”Mark Gardner說，“這種方法在過去一直很重要，但在當(dāng)前環(huán)境下變得更加關(guān)鍵。”

為什么EMIB 2.5D封裝是AI芯片最好的選擇？