繼續(xù)縮小or改變封裝 誰是芯片未來的“康莊大道”？

　　封裝策略

　　“隨著產(chǎn)品一代代演進，我們的第一代方法逐漸成為常態(tài)，”ASE的高級工程總監(jiān)Ou Li如是說，“隨著先進產(chǎn)品的發(fā)展，我們可以把所學到的東西用于其他產(chǎn)品，希望利用學習曲線、機器學習及產(chǎn)能，我們能夠容納其余的這些產(chǎn)品。因此，最先進的產(chǎn)品得到了產(chǎn)量和業(yè)務規(guī)模的支持。對于規(guī)模更小、更分散的市場來說，這些情況可能不會出現(xiàn)。但是對于產(chǎn)品需求來說則正好相反，這是因為我們已經(jīng)從其他產(chǎn)品中認識到了這一點?！?/p>

　　盡管如此，市場分化仍然有影響。隨著由軟件所定義的設計越來越多(而不是利用通用硬件平臺將差異化編碼到軟件中)，每個設計都變得與眾不同，并且終端客戶的要求也更為嚴格。

　　“每個不同類別的產(chǎn)品都面臨不同的挑戰(zhàn)，”李說，“但對于系統(tǒng)級芯片封裝SiP來說，我們必須嚴格滿足客戶需求。這是所有先進封裝的趨勢。

　　下一步是開始構建平臺，以便更快速地交換系統(tǒng)組件，并利用封裝增加所謂的“大規(guī)模定制(Mass Customization，MC)”方法。

　　STATS ChipPAC的全球產(chǎn)品營銷副總裁Scott Sikorski表示：“真正的機會是將所有功能集成到一個平臺上。這將推動下一個階段的增長。eWLB(嵌入式晶圓級球柵陣列)這種扇出型封裝可用于構建那些已經(jīng)以不同方式構建的芯片?！?/p>

　　企業(yè)采用這種封裝方案的速度還有待觀察。在過去的18個月里，人們對于fan-out的需求一直很高，但開發(fā)這類設備的能力有限。不過，最近這一情況發(fā)生了變化，因為封測代工廠OSAT提升了他們的產(chǎn)能。

　　Sikorski說：“現(xiàn)在更多OSAT企業(yè)具有了開發(fā)大量設備的能力，不久將有更多設備投入市場。”Sikorski指出，封裝作為一個集成平臺也開始受到關注?！坝捎谀阋呀?jīng)擁有所有的基礎模塊，因此集成平臺是一種非常低成本的方法。最初，我們認為這將是一種PoP(Package on Package)封裝形式，在芯片周圍存在一個通孔結構。但是當時我們認為，供應鏈還沒有準備好?！?/p>

　　學習曲線

　　過去幾年的一大進步來自于在各種市場上使用先進封裝的經(jīng)驗。

　　“做封裝、測試和DFT的人現(xiàn)在成為了搖滾明星，”eSilicon營銷副總裁Mike Gianfagna說：“甚至封裝的復雜性也在增長。使用2.5D封裝技術，必須考慮硅襯底、熱量和機械應力以及更多的分析。因此，封裝和DFT團隊進入開發(fā)過程的時間更早一起，DFT甚至可以影響整個時間表?！?/p>

　　我們的目標是在設計過程中增加更多的可預測性，而這需要時間。不過，企業(yè)高管和分析師認為可預測性正在改善。

　　“這仍然不是常規(guī)的，因為任何新技術或技術節(jié)點都有學習曲線，”Gianfagna如是說，“幾乎在每一塊芯片上，我們都在首次嘗試某些新技術。但是，在識別問題，了解芯片、內(nèi)存、高性能I/O和基板之間的相互作用等方面，我們正在爭取做得更好?！?/p>

　　Cadence的engineering group director Brandon Wang說，所有主要的網(wǎng)絡公司現(xiàn)在都在采用2.5D設計?！懊髂陮瞥鲂庐a(chǎn)品，”Wang說?！澳銓⒃谄渌酒庋b中看到更多的傳感器，特別是MEMS芯片。盡管如此，這些設計的性質(zhì)是截然不同的。直到最近，許多設計(設計被分割 這種表述合理嗎?)都被分割得很細，因此很難為它們創(chuàng)造出一套方法。但設計的方向是確定的，由于傳感器價格低廉，因此它們將成為更標準的設計單元。這更像是一種平臺化的方法，利用該方法你可以很快地獲得所需要的東西。”

　　要實現(xiàn)這一點，需要多個die的協(xié)同設計，其中傳感器參數(shù)與其余電子元件需同時進行調(diào)整。

　　“傳感器將無處不在，必須對它們進行協(xié)同優(yōu)化，”Wang說，“傳感器將變得更加以電氣為中心。電子設計師仍然專注于終端設備的產(chǎn)量，而平臺將使他們能夠專注于電氣性能并與傳感器平臺溝通。每個系統(tǒng)都將擁有傳感器，但你可以設計一個針對特定情況進行優(yōu)化的傳感器集線器(sensor hub)。這樣，如果你將5個傳感器集成為一個傳感器集線器，其價格不是單個傳感器的5倍，也許只有1.3倍。而且，它是一個標準的傳感器或傳感器集線器，所以你知道它的工作方式。”

　　對平臺上的關注是這一戰(zhàn)略的關鍵。這樣可以更容易地將異構性添加到具有更強可預測性結果的設計中。但平臺也可以大大降低設計成本，因為它們具有經(jīng)濟上的規(guī)模效應，從而更具有競爭力。

　　ARM市場開發(fā)高級總監(jiān)Bill Neifert表示：“客戶正在尋求更多來自我們的指導和設計建議。去年我們提出了設計指導，但不僅僅是關于處理器的，還關乎性能和功耗。 我們還有一個預先構建的軟件平臺來幫助他們克服傳統(tǒng)的障礙?！?/p>

　　其中一個問題是，不再有一個最優(yōu)方法來完成某些工作。過去，工藝是由工藝過程的節(jié)點來度量的，對異構性的強調(diào)大幅度增加了可能的選擇數(shù)目。并非所有功能都必須集成到單個die中，即使在同一工藝節(jié)點上，許多時候從一個代工廠到下一個代工廠，IP都會發(fā)生顯著變化。

　　“現(xiàn)在我們正在與主要合作伙伴一起參與到設計的各個方面?！盢eifert說：“甚至包括早期RTL電路的設計，盡管更典型的情況是，RTL電路設計是在IP級而非子系統(tǒng)級上完成的?，F(xiàn)在它包括從安全要求到安保的一切相關環(huán)節(jié)。我們試圖找出其中的薄弱環(huán)節(jié)，這樣，當我們把所有環(huán)節(jié)集成到一起之后，就沒有潛在問題了?！?/p>

　　上述情形僅僅是一個開始。EDA設計工具和流程的推出將在這些設備(前面幾段沒有設備相關的內(nèi)容，指代不明，譯成芯片?半導體設備?)中增加一個全新的控制級別。

　　“你將看到擁有更高精度、更小特征尺寸(的芯片)，并且我們將開始以3D方式進行設計。”Mentor的Felton說：“你將能夠為基板‘假設’情況構建藍圖，擁有包含熱驗證的芯片級模型?！?/p>

　　(學習曲線的)目標是對不同的封裝方案進行早期分析，這對選擇基板、封裝類型、IP以及芯片內(nèi)部和芯片間的互連方式顯得尤其重要。

　　“用戶類型是各不相同的，” Felton說，“有的IC設計師和架構師提出諸如堆疊die或PoP封裝類型，并將它們交給另一個團隊進行封裝設計。這需要專門的解決方案和流程。 使之從機械實現(xiàn)遷移到EDA設計工具上。”

　　結論

　　摩爾定律歷經(jīng)52年，單個die上的芯片設計和制造已經(jīng)可以非常容易地預測到了。整個生態(tài)系統(tǒng)也都已經(jīng)到位，它就像一臺精密調(diào)諧的機器。先進封裝需要時間才能達到同等水平的可預測性，但是現(xiàn)在有了足夠多的系統(tǒng)解決方案，而且有很多成功的封裝案例，先進封裝不再是一種巨大的賭博。隨著更多工具和可預測性被創(chuàng)造出來，它們的價格也將繼續(xù)下降，從而進一步支持fan-out和2.5D技術的實現(xiàn)。

　　大多數(shù)業(yè)內(nèi)人士認為，少數(shù)幾家公司將繼續(xù)在最先進節(jié)點上縮減邏輯(尺寸)，但越來越多的公司在將圍繞該邏輯的封裝中加入更多元素。未來是異構的，最簡單的方法將是在一個封裝中(而非在單個die上)將這些元素集成起來。