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    華為3D芯片堆疊專利解讀

    2022-04-22 11:41 tomshardware

    導讀:華為已開發了(并申請了專利)一種芯片堆疊工藝,該工藝有望比現有的芯片堆疊方法便宜得多。該技術將幫助華為繼續使用較老的成熟工藝技術開發更快的芯片。

      據報道,華為已開發了(并申請了專利)一種芯片堆疊工藝,該工藝有望比現有的芯片堆疊方法便宜得多。該技術將幫助華為繼續使用較老的成熟工藝技術開發更快的芯片。

      唯一的問題是華為是否真的可以利用其創新,因為沒有美國政府的出口許可證,代工廠無法為該公司生產芯片。但至少華為自己當然相信它可以,特別是考慮到這項技術可以為基于不受美國如此嚴厲限制的舊節點的芯片提供性能提升。

      保持競爭力的一種方式

      我們將在下面詳細介紹這項新技術,但重要的是要了解華為為什么要開發這項新技術。

      由于美國政府將華為及其芯片設計子公司海思列入黑名單,現在要求所有制造芯片的公司申請出口許可證,因為所有半導體生產都涉及美國開發的技術,華為無法進入任何先進節點(例如臺積電的N5),因此必須依賴成熟的工藝技術。

      為此,華為前任總裁郭平表示,創新的芯片封裝和小芯片互連技術,尤其是 3D 堆疊,是公司在其 SoC 中投入更多晶體管并獲得競爭力所需性能的一種方式。因此,該公司投資于專有的封裝和互連方法(例如其獲得專利的方法)是非常有意義的。

      “以 3D 混合鍵合技術為代表的微納米技術將成為擴展摩爾定律的主要手段,”郭說。

      華為高層表示,由于現代領先的制程技術進展相對緩慢,2.5D或3D封裝的多芯片設計是芯片設計人員不斷在產品中投入更多晶體管,以滿足他們客戶在新功能和性能的預期,這也成為了產業界采用的一個普遍方式。因此,華為前董事長強調,華為將繼續投資于內部設計的面積增強和堆疊技術。

      華為在新聞發布會上公開發表的聲明清楚地表明,公司旨在為其即將推出的產品使用其混合無 TSV 3D 堆疊方法(或者可能是類似且更主流的方法)。主要問題是該方法是否需要美國政府可能認為最先進且不授予出口許可證的任何工具或技術(畢竟,大多數晶圓廠工具使用源自美國的技術)。也就是說,我們是否會看到一家代工廠使用華為的專利方法為華為制造 3D 小芯片封裝,這還有待觀察。但至少華為擁有一項獨特的廉價 3D 堆疊技術,即使無法使用最新節點,也可以幫助其保持競爭力。

      無過孔堆疊

      創新的芯片封裝和多芯片互連技術將在未來幾年成為領先處理器的關鍵,因此所有主要芯片開發商和制造商現在都擁有自己專有的芯片封裝和互連方法。

      芯片制造商通常使用兩種封裝和互連方法:2.5D 封裝為彼此相鄰的小芯片實現高密度/高帶寬的封裝內互連,3D 封裝通過將不同的小芯片堆疊在一起使處理器更小. 然而,3D 封裝通常需要相當復雜的布線,因為小芯片需要通信并且必須使用 TSV 提供電力。

      雖然 TSV 已在芯片制造中使用了十多年,但它們增加了封裝過程的復雜性和成本,因此華為決定發明一種不使用 TSV 的替代解決方案。華為專家設計的本質上是 2.5D 和 3D 堆疊的混合體,因為兩個小芯片在封裝內相互重疊,節省空間,但不像經典 3D 封裝那樣完全疊放。

      重疊的 3D 堆疊

      華為的方法使用小芯片的重疊部分來建立邏輯互連。同時,兩個或更多小芯片仍然有自己的電力傳輸引腳,使用各種方法連接到自己的再分配層 (RDL)。但是,雖然華為的專利技術避免使用 TSV,但實施起來并不容易且便宜。

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     ?。▓D片來源:華為)

      華為的流程涉及在連接到另一個(或其他)之前將其中一個小芯片倒置。它還需要構建至少兩個重新分配層來提供電力(例如,兩個小芯片意味著兩個 RDL,三個小芯片仍然可以使用兩個 RDL,所以四個,請參閱文章末尾的專利文檔以了解詳細信息),這并不是特別便宜,因為它增加了幾個額外的工藝步驟。好消息是其中一個芯片的再分配層可以用來連接內存等東西,從而節省空間。

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      事實上,華為的混合 3D 堆疊方式可以說比其他公司傳統的 2.5D 和 3D 封裝技術更通用。例如,很難將兩個或三個耗電且熱的邏輯裸片堆疊在一起,因為冷卻這樣的堆棧將非常復雜(這最終可能意味著對時鐘和性能的妥協)。華為的方法增加了堆棧的表面尺寸,從而簡化了冷卻。同時,堆棧仍然小于 2.5D 封裝,這對于智能手機、筆記本電腦或平板電腦等移動應用程序很重要。

      從產業來看,其他半導體合同制造商(臺積電、GlobalFoundries)、集成設計制造商(英特爾、三星),甚至可以使用領先的晶圓廠工具和工藝技術的無晶圓廠芯片開發商(AMD)也開發了自己的 2.5D 和 3D 小芯片堆疊和互連方法為他們的客戶或他們未來的產品提供服務。因此,華為只是順勢而為。

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