芯耀
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在用于個人電腦和高性能服務器的尖端半導體開發(fā)方面，3D堆疊技術的重要性正在提高。
在通過縮小電路線寬提高集成度的微細化速度放緩的背景下，3D技術將承擔半導體持續(xù)提高性能的作用。
微細化技術持續(xù)發(fā)展
英特爾1971年發(fā)布的首款CPU的元件數(shù)僅有約2300個；而蘋果最新發(fā)布的M1芯片元件數(shù)達到160億個，增至約700萬倍。
但是，進入2010年代后，線寬接近原子的尺寸，微細化的速度開始放緩。
在此情況下，受到關注的是將多枚芯片縱向堆疊的3D以及橫向排列連接的技術，可以不依賴微細化提高半導體的功能。
目前，由于摩爾定律的限制，在提高芯片性能的方向上，研發(fā)人員開辟了另外一個新的路徑，即利用3D技術通過有效堆疊多個芯片來提高半導體的綜合性能。
法國調查公司Yole預測稱，包括3D等技術在內的尖端半導體封裝的2026年市場規(guī)模將增至2021年的1.5倍，達到519億美元。
隨著技術創(chuàng)新，半導體領域將誕生新的火車頭，相關市場也有望擴大。
3D堆疊技術出現(xiàn)的原因
現(xiàn)代芯片的功能越來越復雜，芯片尺寸也越來越大，導致工藝技術越來越復雜，由此帶來了成本問題：不但制造成本高，設計成本也越來越高。
為了應對這個問題，很多人想到了使用模塊化設計方法，即把功能塊分離成小型模塊，做成一個個高良率、低成本的芯粒，然后根據(jù)需要靈活組裝起來，即把芯片合理剪裁到各種不同的應用。
而傳統(tǒng)的3D IC技術則是將多塊芯片堆疊在一起，并使用TSV技術將不同的芯片做互聯(lián)。
目前，3D IC主要用在內存芯片之間的堆疊架構和傳感器的堆疊，而2.5D技術則已經廣泛應用在多款高端芯片組中。
現(xiàn)在，抓住先進封裝和3D集成提供的機會，芯粒為安全可靠的電子系統(tǒng)設計開辟了新的領域。
通過調整放置在一個芯片封裝中的芯粒數(shù)量，就可以創(chuàng)建不同規(guī)模的系統(tǒng)，大大提升了系統(tǒng)設計的靈活性和可擴展性，同時也大大降低了研發(fā)成本，縮短了研發(fā)周期。
總體上看，3D堆疊技術在集成度、性能、功耗等方面更具優(yōu)勢，同時設計自由度更高，開發(fā)時間更短，是各封裝技術中最具發(fā)展前景的一種。
當前，隨著高效能運算、人工智能等應用興起，加上用于提供多個晶圓垂直通信的TSV技術愈來愈成熟，可以看到越來越多的CPU、GPU和存儲器開始采用3D堆疊技術。
國際大廠們之間的3D堆疊大戰(zhàn)
·AMD：AMD宣布全面推出世界首款采用3D芯片堆疊的數(shù)據(jù)中心CPU，即采用AMD 3D V-Cache技術的第三代AMD EPYC處理器，代號[Milan-X]。
這些處理器基于Zen 3核心架構，進一步擴大了第三代EPYC處理器系列產品，相比非堆疊的第三代AMD EPYC處理器，可為各種目標技術計算工作負載提供高達66%的性能提升。
采用AMD 3D V-Cache技術的第三代AMD EPYC處理器使AMD能夠帶來業(yè)界首個采用3D芯片堆疊技術且專為工作負載而生的服務器處理器。
·臺積電：美國加州圣塔克拉拉第二十四屆年度技術研討會上，臺積電首度對外界公布創(chuàng)新的系統(tǒng)整合單芯片（SoIC）多芯片3D堆疊技術。
SoIC技術是采用硅穿孔（TSV）技術，可以達到無凸起的鍵合結構，可以把很多不同性質的臨近芯片整合在一起。
能直接透過微小的孔隙溝通多層的芯片，達成在相同的體積增加多倍以上的性能。
·英特爾：困于10nm的英特爾也在這方面尋找新的機會，推出其業(yè)界首創(chuàng)的3D邏輯芯片封裝技術 Foveros，F(xiàn)overos首次引入3D堆疊的優(yōu)勢，可實現(xiàn)在邏輯芯片上堆疊邏輯芯片。
英特爾今年7月展現(xiàn)了RibbonFET新型晶體管架構，全新的封裝方式可以將NMOS和PMOS堆疊在一起，緊密互聯(lián)，從而在空間上提高芯片的晶體管密度。
·佳能：佳能正在開發(fā)用于半導體3D技術的光刻機，最早在2023年就會面市。
3D光刻機的曝光面積擴大至現(xiàn)有產品的約4倍，佳能是在原基礎上改進透鏡和鏡臺等光學零部件，來提高曝光精度，增加布線密度，從而實現(xiàn)3D光刻。
·格芯：格芯宣布推出適用于高性能計算應用的高密度3D堆疊測試芯片，該芯片采用格芯 12nm Leading-Performance (12LP) FinFET 工藝制造。
運用Arm 3D網(wǎng)狀互連技術，核心間數(shù)據(jù)通路更為直接，可降低延遲，提升數(shù)據(jù)傳輸率，滿足數(shù)據(jù)中心、邊緣計算和高端消費電子應用的需求。
·IME：IME新一代半導體堆疊法，透過面對面和背對背晶圓鍵合與堆疊后，以 TSV結合，相較臺積電和AMD的SRAM堆疊技術，IME新技術更進一步。
·華為：去年華為曾被曝出[雙芯疊加]專利，這種方式可以讓14nm芯片經過優(yōu)化后比肩7nm性能，但當時曝光的這種通過堆疊的方式與蘋果的Ultra Fusion架構還是有所不同。
雖然同樣是指雙芯片組合成單個主芯片，但蘋果與華為可以說是兩種截然不同的方式。
采用面積換性能，用堆疊換性能，使得不那么先進的工藝也能持續(xù)讓華為在未來的產品里面，能夠具有競爭力。
結尾：
如果將各種芯片結合起來的3D技術得到普及，專注于設計的無廠半導體廠商之間、以及與后工序代工企業(yè)等的合作將提高重要性。
以3D半導體的開發(fā)和制造技術為核心，半導體廠商的行業(yè)勢力版圖有可能發(fā)生改變。
作者 | 方文
部分資料參考：
電子產品世界：《摩爾定律如何繼續(xù)延續(xù)：3D堆疊技術或許是答案》
日經中文網(wǎng)：《“3D堆疊”推動半導體繼續(xù)進化》
