半导体是实现我们数字生活的关键部件。它们的发展已经有了长足的进步。1971年，英特尔4004——作为第一个单芯片处理器只有2250个晶体管数量。截至2022年，最先进的处理器拥有超过500亿个晶体管数量。然而，进步是有代价的——这种开发和生产成本已经上升，以至于该行业正在寻求另一种解决方案来管理成本以继续提供先进产品。与此同时，还有人们对更小的设备的需求，对异质元件紧凑集成的需要以及对更高的互连密度的需要——这就是为什么先进的半导体封装已经进入中心阶段。
在这篇文章中，我们将介绍先进半导体封装技术在数据中心应用上的增长动力，并举出几个采用先进半导体封装技术的尖端商业服务器产品的例子。本文内容来自IDTechEx最新发布的市场研究报告《先进半导体封装2022-2033》。报告中所涉及的先进半导体封装技术的应用范围涵盖了从数据中心到自动驾驶汽车、5G&6G以及消费电子产品。
先进半导体封装技术——高性能计算应用/数据中心的下一代IC的重要基础
在为高性能计算(HPC)应用和数据中心设计高能效系统时，有三个与硅有关的趋势：更多的晶体管，更多的存储器以及逻辑IC和存储器之间更多的互连。在许多挑战中，芯片设计要超越视网膜极限，这超出了先进的半导体封装的范围。另一方面，更多的存储器可以通过高带宽的片上存储器和增加I/O数量来实现。此外，逻辑IC和存储器之间的更多的互连都可以通过先进的半导体封装技术实现。
除了技术改进，成本管理也继续是该领域的一个关键话题。芯片设计已经成为一种帮助供应商在成本和性能之间找到平衡的方法。芯片设计是一种构建处理器的模块化方法。通过芯片设计，人们可以使用最合适的工艺节点创建不同的模具/芯片，减少不必要的部件使用最先进的工艺节点来降低设备的总成本。芯片设计的另一个驱动力是对更多I/O的需求。利用2.5D或同等的半导体封装技术，将SerDes、PCIE、内存I/O等I/O模具与处理单元封装在同一模块上就能够增加系统中的I/O数量。2.5D先进的半导体封装是目前唯一可以实现亚微米级布线的技术。
最先进的使用案例和未来发展趋势
来看看目前这个行业中一些已经使用或可能实施先进半导体封装技术的商业产品。以服务器CPU的采用为例，目前大多数服务器CPU都是基于单片SoC(片上系统)，英特尔在2021年宣布其下一代服务器CPU，即蓝宝石激流——它将基于一个四片模块，通过嵌入式多芯片互连桥(EMIB)相互连接。EMIB是英特尔的2.5D先进半导体封装解决方案。同时，AMD正在利用3D先进半导体封装技术的力量，直接在处理器上堆叠一个缓存芯片以提高其最新服务器CPU Milan-X(2022年3月发布的产品)的性能。AMD声称，与普通的2D封装相比，3D封装实现了>200倍的互连密度。随着第一和第二大服务器CPU供应商在其最新、最先进的产品中使用先进的半导体封装技术，预计该领域对先进的半导体封装技术的采用将会扩大。除了服务器CPU，对于数据中心的其他部件，如加速器也已经采用了先进的半导体封装技术。例如，英伟达自2016年以来一直在使用台积电的2.5D封装技术–CoWoS(基板上的芯片)，用于其高端GPU加速器。
即使一些高端商业产品已经使用了2.5D先进的半导体封装技术，但目前仍有许多开发计划在进行中，以进一步提高此类设备的性能并扩大封装尺寸以容纳更多的组件。这种发展将超越2.5D集成。其最终目标是拥有完全的三维集成，使许多逻辑IC和存储器被物理地放置在彼此的顶部。然而，这条道路绝非简单，热管理和制造面临着几个尚未克服的问题。
最后，鉴于世界对数据中心的需求不断扩大以及先进的半导体封装技术的进步，对下一代高性能计算应用的集成电路(IC)至关重要，将产生巨大的市场影响。
“2023-2033年先进半导体封装 “是IDTechEx的一份新的市场研究报告，研究了先进半导体封装技术的最新发展和趋势、主要参与者的分析和市场前景。
