蘇州2021年6月25日 /美通社/ -- 近日，與非網原創視頻欄目《與非觀察》最新一期主題為“異構時代，叱咤封云”的圓桌對話成功舉辦。此次對話由與非網資深行業分析師張慧娟主持，特邀英特爾中國研究院院長宋繼強、Cadence公司中國區技術支持總監王輝、SiP技術專家/IEEE高級會員李揚和創道投資咨詢合伙人步日欣，共同探討先進封裝的發展趨勢，以及它如何在異構集成時代助推算力騰飛，成為創新的催化劑。
參與對話的各位嘉賓就以下議題進行了深入的交流：
發展先進封裝的必要性是什么？
英特爾中國研究院院長宋繼強：
先進封裝是對未來更多樣化的算力需求和可用的技術種類之間實現權衡的一個非常好的方式，是由算力的爆發式增長，以及技術本身可以供給的能力共同推動發展的。
隨著AI滲入到各個領域，5G的覆蓋范圍不斷延伸，越來越多的設備接入網絡，產生的數據種類也多種多樣。當大量的數據進入系統中，就需要新的處理方法，也需要更快的處理速度。傳統的、單一的計算架構不再適用，需要引入更多的計算種類，比如異構計算，英特爾的xPU戰略就是通過結合CPU、GPU、FPGA或ASIC等去滿足不同的計算需求。
要提供更高的算力密度，未必只有CMOS微縮一條路，事實上還有很多辦法，比如2.5D/3D異構集成、更有效的算法的硬件實現、更新的器件種類等。就異構集成而言，它有助于快速實現更多種類的算力目標。因為已有的很多不同工藝節點上的芯片是被驗證和測試過的，面對日益增多的各種算力需求，各種不同種類設備的功耗、體積、尺寸需求，要快速達到產品目標，可以通過異構封裝技術，把很多已有的芯片快速整合起來，通過先進封裝實現多種技術組合，滿足所需的功耗、體積、性能要求。
Cadence公司中國區技術支持總監王輝：
先進封裝主要有三方面推動因素：首先是市場需求決定的。智能手機超薄的設計需求，帶來了INFO的需求；人工智能的發展，帶來了大量的算力需求，使得2.5D/3D封裝技術迎來發展。
第二，后摩爾時代（More Moore）發展所需。摩爾定律從提出至今已有56年，業界基本按照這個規律在發展。但是，隨著芯片工藝走向7納米、5納米、3納米甚至更超前，整個產業都覺得物理極限在逼近。我們如何繼續發展摩爾定律？先進封裝是當前一個最佳選擇。
第三，成本需求促使先進封裝發展。如何平衡先進節點下芯片的性能、功耗與面積（PPA），是芯片設計與制造的挑戰。追逐先進的節點不太適用于所有應用，因為并不是每個產業都能像移動設備一樣達到萬億級的市場規模，從而實現規模經濟效應，所以先進封裝才是目前較為合適的選擇。
SiP技術專家/IEEE高級會員李揚：
電子系統的集成主要分為三個層次：芯片上的集成、封裝內的集成、PCB板級集成。
PCB集成和芯片中的集成誕生較早，而封裝內的集成是在封裝技術發展了約40年才開始的。芯片中的集成目前已經趨于極致（5nm~3nm），PCB中的集成由于受封裝尺寸和引腳制約，多年也沒有太大進展。
目前，封裝內的集成發展空間巨大、靈活度最高，典型的代表就是SiP和先進封裝技術。先進封裝能夠非常有效地提高封裝內部集成的工作密度，所以現階段，先進封裝有很大的發展空間。
創道投資咨詢合伙人步日欣:
先進封裝的驅動力其實也對應于摩爾定律的主要驅動力：高性能、低成本、高集成度，因為業界始終在追求更高的性能、更低的成本、更高的算力密度。
半導體產業一個非常大的轉折點要來臨了，而這個“來臨”對先進封裝來說可能是一個大時代。因為摩爾定律是存在物理和經濟上的瓶頸的，晶圓制造的工藝節點不可能無限制地往下延伸，而且到現在為止，每個晶體管的成本其實已經越來越高了。如果摩爾定律有一天真的難以為繼，頭部晶圓廠將會面臨一個什么樣的狀態？等到有一天所有晶圓廠的技術、能力都趨同的時候，整個半導體晶圓制造產業可能會陷入“內卷”狀態。
現在，推動先進封裝最主要的市場力量就是晶圓廠，包括英特爾、臺積電、中芯國際等，都在積極布局先進封裝領域的新工藝，來保持自身技術的領先性，以在即將到來的新時代提高競爭力。從投資和產業發展角度，技術代表著先進生產力，代表著競爭力，是對產業追求更高性能封裝技術的驅動力。
現在發展先進封裝是好時機嗎？
Cadence公司中國區技術支持總監王輝：
先進制程帶來物理極限的逼近，而先進技術的應用，是由需求來帶動的。人工智能公司的興起，帶來了算力的要求，也提出了對各種各樣新技術的需求，如HBM、DDR5、GDDR6、112G Serdes等。先進封裝也是同樣的發展邏輯，在傳統封裝無法滿足需求的情況下，先進封裝成為必然選擇。
其次，芯片已經成為國家戰略布局的重點，而封裝又是其中的重要環節。我國在封裝技術方面，不論是技術還是人才儲備，都已經達到了一定的程度，先進封裝發展到今天，正是需要技術突破的時候，在芯片封裝上發力，能夠獲得很大的發展。
英特爾中國研究院院長宋繼強：
各種各樣的需求都在把先進封裝推到臺前，是真正結合了“天時地利人和”的條件。
從“天時”角度來說，需求在倒逼先進封裝進入應用。以兩個趨勢為例，一是小型化、輕薄化；另外一個是計算中心要求更高密度、更多類型的算力。
從小型化、輕薄化趨勢來看，典型的代表就是筆記本電腦，我們希望主板的尺寸更小，同時功耗更低。那么也就需要把以前可能是分散在板級的多個芯片整合進去，包括計算芯片、存儲芯片、I/O芯片等。這就要求先進封裝技術一定要突破，不止是2.5D，甚至要達到3D。
另一方面，全球都在進行數字化轉型，特別是疫情以來，許多事情都在依賴網絡、依賴信息化。那么，底層的基礎設施就需要成倍甚至呈數量級別的增加。但是，不能因為計算需求的增多，機房就越建越大、功耗越來越高，所以對于高性能計算的數據中心，同樣需要通過先進封裝技術把多種芯片封裝到一起。比如把至強、獨立顯卡GPU加HBM進行封裝，可以在板級就實現了超級計算機的功能，這就是充分地利用了先進封裝技術。
從“地利”來說，要講講中國的優勢。中國市場是公認的市場大、需求多，整個半導體產業的供應鏈大部分也在這里，而且成本和人員優勢也很明顯。所以在中國能夠快速把很多技術投入應用，運用到一些產品中去測試，有很多細分的產業分別測試不同的封裝類型，這是非常好的“地利”優勢。
“人和”方面，最近在一些不同的圈子里，不管是學術圈、產業圈，不管是fabless設計公司還是IDM公司，大家都認同異構整合、異構集成會是未來的發展趨勢。當一個產業滿足了“天時地利人和”的條件后，這個產業沒有道理不騰飛。
創道投資咨詢合伙人步日欣:
去年的數據顯示，中國市場涉及先進封裝的營收占比只有25%，而國際水平約為40%-50%。從營收占比來看，國內市場還有很大的發展空間，不過，對于發展先進封裝，國內各方面其實已有共識。產業界、政府機構、投資機構等都非常關注，而一個產業只要引起了各方關注，一定會高速成長。
5月14日，國家科技體制改革和創新體系建設領導小組第十八次會議召開，討論了后摩爾時代的集成電路潛在顛覆性技術。資本市場將其解讀為未來要大力發展先進封裝、異構集成等能夠緩解摩爾定律失效的關鍵技術。
因為國際各種形勢的變動，全球多個國家都把重心放在科技發展方面，半導體成了重中之重。不光我國在大力發展，歐洲、美國、日本、韓國都在重點布局半導體產業競爭力。下一步，先進封裝、異構集成將成為這些國家重點發力的領域。因此從政治、經濟、需求角度來看，先進封裝都迎來了一個非常大的發展時機。
SiP技術專家/IEEE高級會員李揚：
目前發展先進封裝是最佳時機。先進封裝是封裝技術發展的高級階段，但先進封裝的發展歷史本身比較短，大約不到10年的時間，發展空間比較大。以往板級集成、芯片內集成都是在二維平面，而先進封裝一個特別大的優勢是它可以進行三維堆疊。早先是大芯片、小芯片進行鍵合，現在是芯片和芯片直接通過硅通孔上下互連，這種垂直的互連對功能密度的提升非常明顯。這也是為什么現在HBM、HMC等先進封裝技術，尤其在高性能計算領域應用較多，原因就是它能在有限的空間內集成更多的功能單元。
以前先進封裝屬于封裝廠的范疇，但是現在從Foundry到OSAT到系統廠商，對先進封裝和SiP的關注度都很高，這也有利于它的進一步發展。
如何破解先進封裝的應用障礙？
英特爾中國研究院院長宋繼強：
先進封裝現在所處的風口，有點像2015、2016年，深度學習火起來的時候，業界對其用途、用法當時正處于摸索初期。先進封裝是一個復雜的技術領域，具體應用涉及多種問題，比如2.5D/3D堆疊設計中線的連接、干擾、散熱等問題。特別是現在這個領域剛開始發展，對原有的設計流程、設計工具、仿真工具等都帶來挑戰。對于傳統封裝來說，芯片的前端、后端設計可以分離，但是越先進的封裝，特別是到了3D封裝，前后端設計要緊密耦合，這對于設計流程、設計人員的能力要求很高，這些都是技術層面要跨過的門檻。
此外，發展先進封裝也需要新的產業規范，這是國際國內都需要做的頂層設計。比如英特爾現在參與了CHIPS聯盟，也提出了一些接口標準，比如AIB等，希望定義一些讓產業界多個公司的芯片能夠互連、能夠測試的接口，這是各公司要一起努力推動的，英特爾只是其中一個角色。
Cadence公司中國區技術支持總監王輝：
業界對于先進封裝不妨采取“大膽嘗試，小心驗證”的態度。首先根據需求出發，找到目前傳統封裝所不能解決的問題，同時分析先進封裝能帶來的優勢。
在采用先進封裝的前提下，要小心驗證新技術，因為先進封裝的引入，線寬和線間距都變得非常小，所以模型的提取、系統的驗證非常關鍵。Cadence正是看到在系統設計及系統仿真上的問題，提出了智能系統設計的概念。開發出一系列針對先講封裝的仿真及設計技術，例如Clarity全波電磁場仿真工具，傳統工具面對先進封裝需要幾天到一周的時間去提取模型，而Clarity比傳統的工具快6-10X。同時還有熱分析工具等，來解決新的挑戰。先進封裝不是一個孤立環節就能做到的，要跟產業鏈多個環節溝通交流，才能更好地滿足應用需求。
創道投資咨詢合伙人步日欣:
先進封裝是未來，但不是“萬能鑰匙”。不是所有芯片都要追求高精尖技術。例如在傳統行業應用中的車規級、工業級、軍規級芯片，對算力、對小巧化的需求往往并沒有很高，追求的是產品的穩定性和一致性，所以這些產品更需要成熟、穩定的工藝。
如果確實需要用到先進封裝，也要結合性價比、使用場景來綜合評估。目前先進封裝的成本并不低，因此引入之前必須評估產品的利潤空間是不是允許。評估是否采用先進封裝，要注重結合產品特性，考慮性價比、適用場景等問題。
SiP技術專家/IEEE高級會員李揚：
在先進封裝時代，要更加注重協同設計。在芯片設計后期進行引腳定義時，需要多個芯片之間協同定義，這和先進封裝設計有一定的重合。在芯片設計后端，沒有完全定型時先進封裝就開始設計了，這就存在協同設計、數據交換，甚至封裝和后期板級也會有一定的協同設計需要。
在進行先進封裝設計時要注重兩點：
第一，因為先進封裝是多個芯片集成在一起的，所以對KGD（Known Good Die）的要求會更高。有時難免有一些芯片是有缺陷的，而它可能會影響整個先進封裝系統的有效性，這是在實際項目中出現過的問題。因此，進行先進封裝設計一定要慎重，比單芯片要求必須更嚴格。
第二，先進封裝中很多芯片在內部進行了互連，這些信號在封裝外部很難測到，不像傳統封裝，引腳可以引到外部進行測試。因此先進封裝設計中，為關鍵信號留出測試通道非常重要，否則出了問題無法探測，可能會造成項目失敗。
下一個十年，先進封裝如何助力創新？
創道投資咨詢合伙人步日欣:
智能汽車被稱作是“輪子上的數據中心”，而先進封裝/異構集成就是數據中心的一個輪子。隨著萬物互聯的到來，所有設備的智能化，對算力的需求會大大增加，并且邊緣計算的發展，帶動了邊緣側、端側的算力提升。在未來，算力將會成為整個IT基礎設施不可缺少的一部分，是一種能力、是一種商品、是一種像自來水一樣必不可少的能力。
從應用角度來看，未來有更為豐富多彩的應用。例如最近比較火的元宇宙，就是一個建立在數據之上的虛擬空間，而它對算力的需求也是必不可少的。就算力的角度來看，先進封裝能夠帶來很多新的體驗，未來也將會是各種各樣豐富多彩的技術集成。
Cadence公司中國區技術支持總監王輝：
疫情帶來的影響是深遠的，也改變了原有的工作、生活方式，網絡會議就是一個非常典型的例子。那么，在未來如何實現身臨其境的帶入感，應該是很好的發展方向；再比如，有助于實現遠程辦公的技術等……總之未來會有更多的應用場景，這才能帶來產業的發展。就像智能手機給產業帶來的機會一樣，未來的想象空間還很大。當然，這些都需要數據安全有效的傳輸，也離不開芯片，離不開基礎半導體技術帶來的更多創新。
SiP技術專家/IEEE高級會員李揚：
十年前，芯片可能還是90nm、45nm占主流，當時摩爾定律還沒有面臨現在的挑戰。下一個十年，將是先進封裝承擔重任的時期，業界也要用發展的眼光和新的觀點來看待技術的更迭。以往衡量芯片性能往往看單位面積內的晶體管數量，而先進封裝則可能需要從空間角度去衡量功能單元的數量。
下一個十年，先進封裝的發展機會將更多，去滿足算力的提升要求。先進封裝的集成度會越來越高，在芯片和芯片之間實現更快的運算速度。
英特爾中國研究院院長宋繼強：
摩爾定律是對于晶體管微縮、以及相應的經濟效益的一個預測，它始終以不同的方式在向前演進。下一個十年，半導體工藝制程還將繼續向前發展，到了3nm階段，如何達到更好的良率？一定要多種技術組合起來，包括新的器件、異構封裝/3D封裝，大幅降低計算復雜度的算法、新的算法和對應的硬件加速器等等。只有將這些綜合起來，才能達到一定體積下的功能密度和計算密度，同時還要兼顧性價比和具體的應用需求。
現在各行各業都在進行數字化轉型，而根基還是半導體，未來的設備還是硅基設備，方方面面都可以用到先進封裝，這是目前可以看到的發展路徑，也需要產業界的通力合作。
