隨著芯片制程的延伸，采用四面環(huán)柵結(jié)構(gòu)的GAA技術(shù)逐漸受到市場關注

Intel將在下半年發(fā)布Raptor Lake 13代酷睿，就是12代酷睿的迭代版，繼續(xù)使用Intel 7工藝，繼續(xù)大小核架構(gòu)，其中大核架構(gòu)從Golden Cove升級為Raptor Lake，繼續(xù)最多8個，小核架構(gòu)繼續(xù)Gracemont，最多翻番到16個，核顯架構(gòu)繼續(xù)Xe LP，接口也繼續(xù)LGA1700。

但是明年的Meteor Lake 14代酷睿就不一樣了，煥然一新。

Intel也早已公開確認，14代酷睿將首次引入Intel 4制造工藝，也就是原來的7nm，但是Intel認為它相當于業(yè)界的4nm，并且首次采用多芯片整合封裝，CPU、核顯、輸入輸出等各自獨立，制造工藝也不盡相同。

根據(jù)最新曝料，14代酷睿的大小核架構(gòu)都會升級，其中大核架構(gòu)Redwood Cove，小核架構(gòu)升級到Crestmont，只是不知道數(shù)量是否都會增加，還是延續(xù)最多8+16。

核顯方面將升級為Xe LPG架構(gòu)，執(zhí)行單元數(shù)量也從96個翻番到最多192個，同時繼續(xù)支持DDR5內(nèi)存、PCIe 5.0總線。

接口更改為LGA1851，搭配800系列主板。

近期中國芯片企業(yè)在4nm封裝技術(shù)上的突破，讓各方議論紛紛，認為最關鍵的還是芯片制造工藝的突破，4nm封裝技術(shù)的突破沒有太大意義，顯然這是一個錯誤的看法，對于中國芯片制造來說這是一條由易及難的捷徑，最終實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈突破。

封裝技術(shù)其實也是芯片制造的一個重要環(huán)節(jié)，它需要將芯片從一整片晶圓中挑選出合格的芯片，然后再將這些芯片與外部電路連接起來，這樣芯片才能正常工作，然而如隨著工藝的提升，晶體管越來越小，晶圓的導線間距也越小，其技術(shù)難度也是越來越大。

國產(chǎn)的4nm芯片封裝技術(shù)還是一項多維異構(gòu)芯片封裝技術(shù)，即是將多種類型的芯片封裝在一起，如此更考驗封裝企業(yè)的技術(shù)，封裝企業(yè)需要熟悉不同芯片的構(gòu)造，了解不同芯片的電氣性能，在準確實現(xiàn)不同芯片的互聯(lián)互通同時確保兼容性，這更是一項高難度的技術(shù)。

芯片封裝還是向先進工藝發(fā)展的途徑之一，中國臺灣的芯片產(chǎn)業(yè)如今已居于全球頂尖水平，然而早年它們也是從封裝技術(shù)開始，通過接收美國芯片的封裝業(yè)務外包，逐漸了解芯片的構(gòu)造，積累技術(shù)和人才，然后再進入芯片制造。

封裝已成為芯片產(chǎn)業(yè)鏈的一大產(chǎn)業(yè)，全球前十大封裝企業(yè)中有九家位居亞洲，中國大陸和中國臺灣更是占據(jù)了其中的大多數(shù)，如今美國芯片行業(yè)也已認識到封裝技術(shù)的重要性，正計劃重新拾起封裝產(chǎn)業(yè)，這也體現(xiàn)了封裝環(huán)節(jié)的重要性。

近日，多款采用4nm制程芯片的手機，被用戶吐槽存在發(fā)熱量高和功耗高等方面的問題。據(jù)了解，此次涉嫌功耗過熱的3款頂級手機芯片，分別是高通驍龍8Gen1、三星Exynos2200、聯(lián)發(fā)科天璣9000，均為目前各廠商高端芯片的代表。同時，天璣9000的生產(chǎn)商是臺積電，Exynos2200和驍龍8Gen1的生產(chǎn)商是三星，為排名前兩位的芯片代工制造商。

去年年初，5nm芯片就因發(fā)熱問題被頻頻吐槽，如今4nm芯片再度陷入同樣的困境：先進工藝制程芯片存在漏電流問題，導致發(fā)熱量過高，似乎已經(jīng)成為一種“魔咒”，是芯片制程工藝最大的障礙之一。芯片的制程工藝仍在不斷延伸，未來如何有效破解漏電“魔咒”已經(jīng)成為整個芯片制造領域的努力方向。

一般情況下，根據(jù)登納徳縮放比例定律，隨著芯片尺寸的縮小，所需的電壓和電流也會下降，由于功耗會受電壓和電流的影響，當制程工藝提升、電壓和電流隨之下降時，其芯片產(chǎn)生的功耗也會降低。臺積電表示，與7nm工藝相比，同樣性能下5nm工藝的功耗降低30%，同樣的功耗下則性能提升了15%。

然而，芯片制程進入5nm時，卻頻頻出現(xiàn)功耗過高的問題。北京超弦存儲器研究院執(zhí)行副院長、北京航空航天大學兼職博導趙超認為，短溝道效應是造成4nm、5nm等先進工藝出現(xiàn)功耗問題的主要原因之一，也成為了先進制程發(fā)展過程中最大的阻礙。

半導體制造領域，集成電路的尺寸隨著摩爾定律的發(fā)展而持續(xù)縮小，溝道長度也相應地縮短，這就導致了溝道管中的S和D(源和漏)的距離越來越短。因此柵極對溝道的控制能力變差，這就意味著柵極電壓夾斷溝道的難度變大，即產(chǎn)生短溝道效應，從而出現(xiàn)嚴重的電流泄露(漏電)現(xiàn)象，最終令芯片的發(fā)熱和耗電失控。

“5nm、4nm芯片所采用的都是FinFET(鰭式場效應晶體管)結(jié)構(gòu)。FinFET結(jié)構(gòu)在芯片制程進入28nm后，相較于平面MOSFET器件結(jié)構(gòu)，具有更強的柵極控制能力，F(xiàn)inFET結(jié)構(gòu)可通過增加柵極與溝道的接觸面積，來增強對導電溝道的控制。溝道接觸面積的增加，可以從一定程度上緩解短溝道效應，從而將芯片制程繼續(xù)延伸。然而，隨著芯片制程逐漸發(fā)展到5nm及5nm以下，采用FinFET結(jié)構(gòu)先進制程的芯片，也出現(xiàn)了短溝道效益造成的漏電現(xiàn)象，這也與FinFET本身的結(jié)構(gòu)有關。FinFET所采用的是三面柵的結(jié)構(gòu)，并非四面環(huán)繞式的結(jié)構(gòu)，其中一個方向沒有柵極的包裹。隨著芯片制程的不斷減小，F(xiàn)inFET三面柵的結(jié)構(gòu)對于漏電的控制能力也在逐漸減弱，造成芯片再次出現(xiàn)功耗問題。”趙超表示。

未來芯片制程仍將繼續(xù)向3nm甚至2nm延伸，人們也在積極考慮如何解決漏電流所導致的功耗與發(fā)熱問題，包括更換新材料、采用新架構(gòu)——GAA(環(huán)繞式柵極)等，以期打破長久以來存在的漏電“魔咒”。

在材料方面，趙超介紹，采用具有高介電常數(shù)的柵介質(zhì)材料替代原本的二氧化硅材料，可有效解決短溝道效應造成柵極漏電的問題。而二氧化鉿屬于高介電常數(shù)的材料，以二氧化鉿替代二氧化硅作為柵介質(zhì)材料，可有效提高介電常數(shù)，減少漏電情況，并有效增加電容荷電的能力。

同時，隨著芯片制程的延伸，采用四面環(huán)柵結(jié)構(gòu)的GAA技術(shù)逐漸受到更多關注。復旦大學微電子學院副院長周鵬表示，相較于三面圍柵的FinFET結(jié)構(gòu)，GAA技術(shù)的四面環(huán)柵結(jié)構(gòu)可以更好地抑制漏電流的形成以及增大驅(qū)動電流，進而更有利于實現(xiàn)性能和功耗之間的有效平衡。因此，GAA技術(shù)在5nm之后更小的制程中，更受到業(yè)界的普遍認可和青睞。

近日,全球領先的集成電路制造和技術(shù)服務提供商長電科技宣布,公司在先進封測技術(shù)領域又取得新的突破,實現(xiàn)4納米(nm)工藝制程手機芯片的封裝,以及CPU、GPU和射頻芯片的集成封裝。

4納米芯片是5納米之后、3納米之前最先進的硅節(jié)點技術(shù),也是導入小芯片(Chiplet)封裝的一部分。作為集成電路領域的頂尖科技產(chǎn)品之一,4納米芯片可被應用于智能手機、5G通信、人工智能、自動駕駛,以及包括GPU、CPU、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、專用集成電路(ASIC)等產(chǎn)品在內(nèi)的高性能計算(HPC)領域。

在市場的不斷推動下,包括消費電子等領域產(chǎn)品不斷朝向小型化與多功能化發(fā)展,芯片尺寸越來越小、種類越來越多,對先進封測技術(shù)的需求也越來越高。諸如4納米等先進工藝制程芯片,需要先進的封裝技術(shù)以確保其更好的系統(tǒng)級電學、熱學性能。

同時,封裝技術(shù)也在向多維異構(gòu)發(fā)展。相比于傳統(tǒng)的芯片疊加技術(shù),多維異構(gòu)封裝通過導入硅中介層、重布線中介層及其多維結(jié)合,來實現(xiàn)更高維度芯片封裝。該中介層封裝的另一特點是能夠優(yōu)化組合不同的密度布線和互聯(lián)從而達到性能和成本的有效平衡。

2021年7月,長電科技推出的XDFOI?多維先進封裝技術(shù),就是一種面向小芯片的極高密度、多扇出型封裝高密度異構(gòu)集成解決方案,其利用協(xié)同設計理念實現(xiàn)了芯片成品集成與測試一體化,涵蓋2D、2.5D、3D集成技術(shù),能夠為客戶提供從常規(guī)密度到極高密度,從極小尺寸到極大尺寸的一站式服務。

面向未來,長電科技將依托自身豐富技術(shù)沉淀和全球資源,聚焦先進封裝等技術(shù)和工藝,持續(xù)提升創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化能力;同時,將不斷加深與產(chǎn)業(yè)鏈上下游的協(xié)同合作,共同推動集成電路產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

關于長電科技:

長電科技是全球領先的集成電路制造和技術(shù)服務提供商,提供全方位的芯片成品制造一站式服務,包括集成電路的系統(tǒng)集成、設計仿真、技術(shù)開發(fā)、產(chǎn)品認證、晶圓中測、晶圓級中道封裝測試、系統(tǒng)級封裝測試、芯片成品測試并可向世界各地的半導體客戶提供直運服務。

通過高集成度的晶圓級(WLP)、2.5D/3D、系統(tǒng)級(SiP)封裝技術(shù)和高性能的倒裝芯片和引線互聯(lián)封裝技術(shù),長電科技的產(chǎn)品、服務和技術(shù)涵蓋了主流集成電路系統(tǒng)應用,包括網(wǎng)絡通訊、移動終端、高性能計算、車載電子、大數(shù)據(jù)存儲、人工智能與物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)智造等領域。長電科技在全球擁有23000多名員工,在中國、韓國和新加坡設有六大生產(chǎn)基地和兩大研發(fā)中心,在逾20多個國家和地區(qū)設有業(yè)務機構(gòu),可與全球客戶進行緊密的技術(shù)合作并提供高效的產(chǎn)業(yè)鏈支持。

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