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铜混合键合的发展与应用(三):未来应用

号称是世界第一个3D WoW处理器,Graphcore Bow IPU。

混合键合技术的新应用中,最引人注目的当属高效能计算(High Performance Computing;HPC)。HPC在晶圆代工的产能中占据最显着的份量。

HPC架构主体主要含处理器和存储器。处理器通常以最先进的逻辑制程制造,但是存储器(DRAM)的制程进展较逻辑制程缓慢,这个就产生落差。

两者之间沟通落差限制整体表现,而且制程也截然不同,属于「异质」。

延伸报导先进封装技术竞逐略有起伏 HPC导入热度高于手机AP
解决两者之间效能落差的方法之一是利用平行处理。现在的处理器多具有双位数数量的核(cores),每个个核需要支持其运作的个别存储器。数量如此多的核-存储器之间的连线需要多个I/O接点以及高频寛,这就是十年前开始出现高频寛存储器(High Bandwidth Memory;HBM)需求的驱动原因。

HBM是用2.5D封装技术将CPU与至多8个DRAM堆叠封装,其处理器与存储器之间的连接是透过芯片的微键(microbond)连接底下中介层的金属线至另外的芯片,如此一来I/O与连线的密度都可以大幅增加。

对于常用于AI常用的GPU芯片,其核的功能比较专一,所以每个核的面积较小,一个芯片里核的数目动辄上千。每个核所需要对应存储器容量不需要很大,但是因为核与存储器的数目有数量级的提升,连线及I/O的数目要求更高,此时铜混合键合就能提供其所需要的效能。

这个应用也是目前多家代工厂、DRAM厂的技术及业务能力扩展方向。

2022年3月Graphcore发布于台积电造的Bow IPU号称是世界第一个3D WoW处理器,利用到的是混合键合的另一种优势。2片晶圆一边是AI处理器及其协作的存储器,主要包括1,472个IPU(Intelligent Processor Unit,Graphcore为其处理器的命名)以及与各IPU协作的独立900MB的分散式SRAM;另一个芯片负责提供电源。如此结构设计,Graphcore宣称可以提升效能40%以及节省功耗16%。

超微(AMD)最近的Ryzen系列也因为不同的原因采取混合键合技术,虽然使用的是CoW的技术,而非WoW。超微将CPU中面积较大的L3 cache单独拿出并增容量、单独生产,在不增加CPU系统面积的情况下,增加可用的SRAM容量,减少一般信息处理必须传送到DRAM的需求,因而提升速度、减少功耗。

延伸报导铜混合键合的发展与应用(二):商业化应用
其他混合键合的应用现在可预见的还包括无线通讯、AIoT、PMIC等。在混合键合的制造成本下降后,应用领域还有可能延拓的更广泛。从芯片异质整合、效能提升、减少功耗、缩小面积等的几个优点考量,只要混合键合的成本下降至各优点的价值临界点后,技术的采用将会一一浮现。学习已经商业化的、正在酝酿中的应用并且分析其得失,是寻找新应用的 必要学习过程。

 

现为DIGITIMES顾问,1988年获物理学博士学位,任教于中央大学,后转往科技产业发展。曾任茂德科技董事及副总、普天茂德科技总经理、康帝科技总经理等职位。曾于 Taiwan Semicon 任谘询委员,主持黄光论坛。2001~2002 获选为台湾半导体产业协会监事、监事长。