把內存塞進(jìn)CPU，先進(jìn)封裝有多神奇？

當代工巨頭們開(kāi)始布局封裝。

還有不到一個(gè)月，英特爾全新一代Meteor Lake系列處理器就要上市了。

作為酷睿品牌下極具里程碑意義的一代產(chǎn)品，這代處理器被英特爾官方寄予厚望，不僅采用了全新的命名規則（酷睿 Ultra），同時(shí)還用上了目前最先進(jìn)的封裝技術(shù)。

就在最近，英特爾正式對外展示了酷睿Ultra 1代處理器的部分技術(shù)細節，其中最大的亮點(diǎn)，莫過(guò)于處理器中集成的內存了。

在Foveros封裝技術(shù)下，這款CPU成品集成了16GB的三星LPDDR5X-7500內存，可提供120GB/s的峰值帶寬，甚至比目前頂尖的DDR5-5200與LPDDR5-6400還快。

塞進(jìn)更多晶體管，全靠3D封裝

把內存塞進(jìn)CPU，這不是英特爾第一次嘗試。在代號Sapphire Rapids-HBM的 Xeon Max處理器上，英特爾就集成了64GB的HBM2e內存。

這是一款面向高性能計算（HPC）和人工智能（AI）的高性能芯片，擁有56個(gè)基于Golden Cove架構的性能內核，在EMIB（Embedded Multi-die Interconnect Bridge，嵌入式多芯片互連橋接）封裝技術(shù)的幫助下，這些性能內核一共構成了四個(gè)集群。

據英特爾稱(chēng)，Xeon Max配備的HBM內存足以滿(mǎn)足最常見(jiàn)的HPC工作負載，并且與競爭對手的同類(lèi)產(chǎn)品對比中，性能高出4.8倍。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，在CPU內部的低延遲上集成高速的HBM內存，本身就比DDR4、DDR5等內存快上不少，在服務(wù)器產(chǎn)品上優(yōu)勢會(huì )更大。而最重要的是，集成了HBM內存的CPU，在價(jià)格上也更加優(yōu)惠。

不過(guò)作為一項2.5D封裝技術(shù)，EMIB技術(shù)雖然在散熱、成本等方面具有優(yōu)勢，更適合高存力、高算力的芯片。對于制程工藝不斷升級的消費級處理器來(lái)說(shuō)，2.5D封裝技術(shù)并不太適合。

因此除了EMIB封裝技術(shù)外，英特爾還推出了3D封裝技術(shù)Foveros，該技術(shù)通過(guò)使用硅通孔(TSV)，在有源轉接板上集成不同類(lèi)型的器件，搭配上更加靈活，同時(shí)提高了核心能力。

在2019年，英特爾首次在處理器平臺Lakefield上嘗試了Foveros封裝技術(shù)，在指甲蓋大小的芯片內塞進(jìn)了1顆大核（Sunny Cove架構）和4顆小核（Tremont架構）共計5個(gè)核心，以及LPDDR4內存、L2和L3緩存和Gen11 GPU單元，組成了類(lèi)似手機處理器的SoC系統。

從這里就可以出來(lái)，在3D封裝技術(shù)下，整個(gè)處理器在嵌入更多模塊的前提下，實(shí)現了大幅瘦身。

對于長(cháng)期以來(lái)被吐槽“擠牙膏”的酷睿芯片來(lái)說(shuō)，僅憑制程工藝的提升，顯然跟不上消費者的需求，因此將先進(jìn)封裝技術(shù)用在新一代芯片上非常好理解。

不過(guò)從目前網(wǎng)上透露的數據來(lái)看，酷睿14代桌面處理器仍然只是13代處理器的頻率提升版本，因此集成了LPDDR5X內存的Ultra 1代處理器可能并不會(huì )這么快就面向消費級市場(chǎng)。

還有多少黑科技？

事實(shí)上，英特爾并不是第一家將內存封裝到CPU上的芯片廠(chǎng)商，在革命性的蘋(píng)果M1芯片上，就已經(jīng)首次集成了LPDDR內存。

雖說(shuō)該內存并不位于處理器本身內，但從結構上來(lái)說(shuō)，它仍然屬于同一硅片的一部分，因此蘋(píng)果也成為了全球第一家在客戶(hù)端 CPU 中使用封裝 LPDDR內存的公司。這背后，同樣離不開(kāi)先進(jìn)封裝技術(shù)的功勞。

除了將內存塞進(jìn)CPU以外，先進(jìn)封裝在今年大火的AI芯片上也是發(fā)揮了非常大的作用。

此前，靠著(zhù)成熟的工藝制程，以及獨特的CoWoS（Chip On Wafer On Substrate）封裝工藝，臺積電一直為英偉達GPU芯片代工。

該工藝原本為移動(dòng)端處理器開(kāi)發(fā)的制程工藝，能夠減少芯片70%的體積。在如今的AI時(shí)代，AI芯片對于先進(jìn)封裝的需求更加迫切。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，隨著(zhù)運算需求的日益復雜，異構計算大行其道，更多不同類(lèi)型的芯片需要被集成在一起，先進(jìn)封裝通過(guò)提升了芯片集成密度和互聯(lián)速度的做法，大幅提升了相關(guān)產(chǎn)品的內存容量和數據傳輸速率。

因此除了英偉達GPU以外，包括亞馬遜AWS、博通、思科和賽靈思在內的芯片廠(chǎng)商，都有非常大的CoWoS封裝需求。

而在5G、自動(dòng)駕駛汽車(chē)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以及XR等領(lǐng)域，這些新興的應用半導體同樣對先進(jìn)封裝需求十分旺盛。從芯片結構來(lái)看，這類(lèi)芯片需要滿(mǎn)足高性能、小尺寸和低功耗等特性，因此需要實(shí)現更高密度的集成，并大大減少對面積的浪費，從而實(shí)現更小體積、更好散熱、更高集成度等目標。相較于傳統封裝，先進(jìn)封裝尤其是3D封裝在功能和性能上具有非常多的優(yōu)勢。

另一方面，隨著(zhù)半導體應用愈發(fā)豐富，先進(jìn)封裝技術(shù)還需要承擔一些輔助手段，為芯片設計公司提供思路，降低了晶圓廠(chǎng)的制造門(mén)檻。

寫(xiě)在最后

值得一提的是，不少廠(chǎng)商都在積極布局先進(jìn)封裝技術(shù)。除了英特爾主推的EMIB、Foveros技術(shù)以及臺積電主推的CoWoS技術(shù)以外，臺積電旗下還有InFo、SoIC等方案；三星也發(fā)展I-cube、X-Cube等先進(jìn)封裝技術(shù)。

而傳統的封裝巨頭也在積極布局先進(jìn)封裝技術(shù)。

可以說(shuō)，在芯片行業(yè)回暖之前，芯片巨頭們能度過(guò)這個(gè)冬天的手段并不多，提前布局先進(jìn)封裝，為需求爆發(fā)打好基礎，并不是一件壞事。

最后，記得關(guān)注微信公眾號：鎂客網(wǎng)（im2maker），更多干貨在等你！