Intel推3D立體封裝結構CPU：10nm工藝 僅指甲蓋大小

　　半個世紀以來，半導體行業一直在魔鬼般的摩爾定律的指導下飛速前進，工藝、架構、技術不斷翻新，但任何事情都有個變化的過程。近年來，整個半導體行業明顯感覺吃力了很多，很多老路已經行不通或者跑不快了，要想繼續前行，必須拓展新思路、新方向。

　　比如說處理器芯片封裝，以往大家都是習慣於在一個平面上攤大餅。隨著集成模塊的多樣化、工藝技術的複雜化，這種傳統方式越來越難以為繼，跳出來走向3D立體的世界也就成了必然。

　　其實對於3D堆疊式芯片設計，大家應該並不陌生，很多芯片領域都已經做過嘗試，有的還發展得極為成熟。最典型的就是NAND閃存，3D堆疊式封裝已經做到了驚人的96層，未來還會繼續加高，無論容量還是成本都可以更加隨心所欲，不受限制。

　　不過在最核心的CPU處理器方面，受製於各種因素，封裝方式一直都沒有太大突破，變來變去也都是在一塊平面基板上做文章，或者是單芯片，或者是多芯片整合。

　　最近，Intel提出了革命性的Foveros 3D立體芯片封裝技術，首次為CPU處理器引入了3D堆疊式設計，堪稱產品創新的催化劑，或將成為CPU處理器歷史上一個重要的轉折點。

　　Intel Foveros 3D封裝技術帶來了3D堆疊的顯著優勢，可實現邏輯對邏輯(logic-on-logic)的集成，為芯片設計提供極大的靈活性。

　　它允許在新的設備外形中“混搭”(mix and match)不同工藝、架構、用途的技術IP模塊、各種記憶體和I/O元件，使得產品能夠分解成更小的組合，同時將之前分散、獨立的不同模塊結合為一體，以滿足不同應用、功耗範圍、外形尺寸的設計需求，以更低的成本實現更高的或者更適宜的性能。

　　其實在此之前，Intel曾經應用過一種2D集成技術“EMIB”(嵌入式多芯片互連橋接)，把不同工藝、功能的IP模塊整合到單一封裝中，相比傳統2D單片設計更有利於提高良品率、提升整體性能、降低成本、加快產品上市速度，典型產品代表就是集成了Intel八代酷睿CPU、AMD Vega GPU圖形核心的Kaby Lake-G系列。

　　Foveros則進化到了3D集成，延續2D集成各種優勢的同時，加上全新水準的集成密度和靈活性，首次讓邏輯芯片可以堆疊在一起，徹底顛覆並重新構建了系統芯片架構。

在Intel提供的Foveros 3D堆疊封裝示意圖上，可以清楚地看到這種蓋樓式設計的巧妙之處：

　　最底部的封裝基板之上，是核心的基礎計算芯片，再往上可以堆疊計算、視覺等各種模塊，高性能邏輯、低功耗邏輯、高密度記憶體、高速記憶體、傳感器、功率調節器、無線電、光電子等等就看你需要什麽了，無論是Intel IP還是第三方IP都可以和諧共處，客戶完全可以根據需要自由定製。

　　當然，如何處理不同模塊之間的高速互連，確保整體性能、功耗等都處於最佳水準，無疑是非常考驗設計能力和技術實力的，TSV矽穿孔、分立式集成電路就是其中的關鍵所在。

　　Intel還強調，3D封裝不一定會降低成本，但重點也不在於成本，而是如何把最合適的IP放在最合適的位置上，進行混搭，這才是真正的驅動力。

　　Foveros 3D封裝技術將從2019年下半年開始，陸續出現在一系列產品中，未來也會成為Intel芯片設計的重要根基。

　　首款產品代號為“Lakefield”，也是全球第一款混合CPU架構產品。Intel同時展示了基於該處理器的小型參考主機板，稱其可以靈活地滿足OEM各種創新的設備外形設計。

　　Lakefield將會結合高性能的10nm運算堆疊小芯片、低功耗的22nm FFL基礎矽片，首次展示的參考設計示例中，就集成了CPU處理器、GPU核心顯卡、記憶體控制器、影像處理單元、顯示引擎，以及各種各樣的I/O輸入輸出、調試和控制模塊。

　　作為混合x86架構產品，它擁有一個10nm工藝的高性能Sunny Cove CPU核心(Ice Lake處理器就用它)，以及四個10nm工藝的低功耗Atom CPU核心，二者既有自己的獨立緩存，也共享末級緩存，同時核芯顯卡也和Ice Lake一樣進化到第11代，不但有多達64個執行單元，功耗也控制得非常低。

　　除了規格設計上的先進，更讓人激動和期待的是它的超小體積和超低功耗。

　　根據官方數據，Lakefield的封裝尺寸今有12×12毫米，也就是一個拇指指甲蓋那麽大，而基於它的主機板參考設計，也是Intel歷史上最為小巧的主機板，可以完全滿足螢幕小於11寸的設備的需求。

　　功耗嘛，按照Intel早前的說法，Lakefield待機的時候只有區區0.002W，幾乎可以忽略不計，而最高功耗也不會超過7W，完全可以不需要風扇，自然能設備做得更加輕薄。

　　芯片設計從2D平鋪轉向3D堆疊，這就為設備和系統結合使用高性能、高密度和低功耗芯片製程技術奠定了堅實的基礎，也為半導體行業的發展和突破打開了一扇新的大門，有了更多的新思路可以探索。

　　Foveros 3D封裝技術的提出，充分說明Intel已經找準了未來芯片設計的新方向，不再拘泥於傳統框架，可以更加靈活地設計性能更強、功能更豐富、功耗更低、用途更靈活的不同產品，滿足差異化設備和市場需求。