Global Sources
電子工程專輯
 
電子工程專輯 > 製造/封裝
 
 
製造/封裝  

商用化2.5D晶片為3D IC發展鋪平道路

上網時間: 2011年12月12日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:3D IC  TSV  Virtex-7  Virtex-6  FPGA 

作者:江城

儘管已經跨越許多挑戰,但迄今要實現真正的3D晶片,仍然有一段不算短的路要走。3D晶片意味著晶片設計必須做出革命性的變化,從基礎設計、封裝到散熱都包含在內,因此,賽靈思(Xilinx)和台積電(TSMC)提出了2.5D製程,並宣佈已開發出包含4個矽切片(Silicon slice)的首個大型28nm FPGA。

今天要發展3D晶片面臨著許多重大挑戰,“首先就是連接晶片的方法,”賽靈思(Xilinx)資深副總裁暨亞太區執行總裁湯立人說。TSV是發展中的一項3D晶片製造技術,它在數個垂直堆疊的晶片上打孔來連接晶片,但目前仍在起步階段。

其次是熱問題。“當2個或更多個主動式晶片堆疊在一起時,每一顆晶片運作時所散發的熱要如何排除?”湯立人指出,特別是堆疊在一起的晶片,中間部份幾乎無法散熱,能散熱的僅有旁邊部份,這對晶片設計師來說是非常大的挑戰。

第三大挑戰,仍是來自於TSV的過孔。當晶片熱脹冷縮後,應力會影響週邊的電晶體性能。這些來自TSV過孔的應力會可能會影響矽晶片的晶格架構,進而影響晶片的整體性能,這是發展TSV過程中最困難的一環。“這一切都是3D晶片研發要解決的挑戰,所以,我估計至少還要2~3年,3D晶片才有可能發展到較成熟的地步,”湯立人說。

今天採用的2.5D晶片是一種權衡後的替代方案。2.5D的定義是將主動元件放在被動的矽中介層(interposer)上。這個矽中介層能平行連接數個矽切片,這些切片採用和PCB上不同的IC金屬互連方式,經由透過該中介層的金屬互連來連接。

賽靈思採用這種方式製造的第一批Virtex-7 2000T比上一代Virtex-6尺寸大了2.5倍,但該公司表示,由於這種架構完整保留了傳統FPGA的使用模式,因此設計師仍能沿用傳統的工具流程和設計方法為新元件進行超大型的FPGA編程工作。

Virtex-7 2000T 內含200萬邏輯單元,大約等於2,000萬個ASIC閘,這是可真的大量取代許多ASSP的起始點,湯立人說。過去的FPGA,如V6,大約才包含76萬邏輯單元,這個數目要取代大多數的ASIC應用是遠遠不夠的,而2000T實現了大規模取代之路。

Virtex-7 2000T的典型應用之一,是可以用在設計ASIC以前的開發和模擬工作。“目前高階ASIC或ASSP平均都包含4.2億個邏輯閘,最大型的產品甚至高達11億個,”EDA分析師Gary Smith說。如此大型的邏輯閘設計大部都需採用某種形式的硬體驗證輔助系統。然而,市面上的商用模擬系統動輒百萬美元以上,因此,新的Virtex-7 2000T便成為理想的替代選擇。

商用模擬系統迫切需要提高FPGA的容量。在運用FPGA進行ASIC和IP的模擬與原型設計時,過去往往需要用到多顆大容量FPGA才能滿足一個大型ASIC設計的要求。而Virtex-7 2000T的容量足以讓廠商在單顆FPGA上建置模擬器,由於設計執行時所用的晶片數量減少,甚至能夠僅用一顆晶片,因此不僅成本降低,系統的整體性能也會變快。

他表示,除了一些過去採用ASIC的大型設計對2000T有興趣以外,目前“已經有一家日本廠商用2000T來做3DTV,所以我們很驚訝,除了做ASIC原型或高階研發,很多客戶都想用2000T開發大量應用。”

為了掌握3D晶片的開發,Xilinx也設立了專門針對2.5D到3D晶片研發的封裝部門,和晶圓廠進行更緊密的合作。該公司聲稱,目前採用2.5D製程的Virtex-7 2000T系列FPGA,已經超越了摩爾定律對單顆28nm FPGA邏輯容量的限制。

今天,要開發一顆28nm的ASIC大概需要6,000萬美元,而且風險很高。但今天的市場變化很多,以無線為例,標準非常多種,因此很難找到一個很大量的應用來支援一個先進製程晶片開發。這就是問題所在,市場愈來愈利基,但成本愈來愈高。

而2000T內含有68億個電晶體,“最接近的是Nvidia的一款內含30億電晶體的GPU,”湯立人說。它可望真的超越摩爾定律。

在比較容量、頻寬和功耗條件後。湯立人指出,目前FPGA領域中,競爭對手需要至少2個最頂級的FPGA,才能達到近200萬個邏輯單元的容量。此外,2000T也強化了訊號處理能力,內含2,160個DSP slice。

賽靈思將2.5D晶片形容為邁向3D晶片的一大進展。但湯立人認為,2.5D晶片並不會只是一個過渡產品。“未來依照需求的不同,2.5D和3D晶片可能會朝平行方向發展,畢竟不是每一種晶片都需要用到異質晶片堆疊技術。”





投票數:   加入我的最愛
我來評論 - 商用化2.5D晶片為3D IC發展鋪平道路
評論:  
*  您還能輸入[0]個字
*驗證碼:
 
論壇熱門主題 熱門下載
 •   將邁入40歲的你...存款多少了  •  深入電容觸控技術就從這個問題開始
 •  我有一個數位電源的專利...  •  磷酸鋰鐵電池一問
 •   關於設備商公司的工程師(廠商)薪資前景  •  計算諧振轉換器的同步整流MOSFET功耗損失
 •   Touch sensor & MEMS controller  •  針對智慧電表PLC通訊應用的線路驅動器
 •   下週 深圳 llC 2012 關於PCB免費工具的研討會  •  邏輯閘的應用


EE人生人氣排行
 
返回頁首