很多刚接触半导体行业的朋友,很容易把先进制程和先进封装混为一谈,甚至觉得“芯片制程做得越小,封装技术自然就厉害”。其实二者完全是芯片升级两条不同赛道,一个负责 “芯片内部瘦身提速”,一个负责 “多芯片抱团协作”,相辅相成却不能互相替代。
先打个通俗易懂的比方,我们可以把造芯片类比盖写字楼。先进制程,相当于把写字楼里每一间办公室做得更小巧紧凑,同样一块地皮里,能塞进更多工位,员工运算效率更高、耗电更少。从28nm、7nm再到3nm、2nm,制程不断微缩,就是不断缩小办公室隔间,挖掘单颗芯片本身的性能上限,所有线路、晶体管都刻在同一块硅晶圆内部。

先进制程的发展

先进封装的发展

CoWoS示意图
二者看似独立,实际深度绑定、互相成就。首先,先进制程会倒逼先进封装快速迭代。当下 3nm、2nm高端制程流片成本高到离谱,如果强行把计算、存储、供电全部集成在单颗大尺寸先进制程芯片上,晶圆一点点瑕疵就会让整片芯片报废,良率惨不忍睹。这时先进封装的 Chiplet拆分思路就派上用场:运算核心用3nm先进制程,内存、接口模块选用成熟12nm、14nm工艺分开制造,再通过2.5D/3D封装拼合到一起,既用上高端制程的算力优势,又大幅压低整体生产成本。
其次,先进封装能弥补先进制程的性能天花板。如今摩尔定律放缓,单纯缩小晶体管的收益越来越低,还会伴随漏电、发热、设计难度暴涨等问题。想要继续拉高芯片带宽、降低延迟,不能只靠缩小制程,必须依靠封装缩短芯片间互联距离。AI服务器GPU就是最好例子,哪怕GPU核心采用最顶尖先进制程,如果没有CoWoS硅中介层封装连接HBM内存,数据来回传输距离过长,再强的计算核心也会陷入 “等数据” 的闲置状态,先进制程带来的算力优势直接被浪费。
但我们也要分清二者不可替代的边界,先进封装永远没法取代先进制程。封装只是改变芯片之间的连接方式,没法提升单颗裸片本身的运算速度。一颗采用成熟40nm工艺的芯片,就算用上最顶级3D堆叠封装,它单单元计算效率,依旧远不如3nm制程裸片。同理,只堆先进制程、忽略封装设计,也会出现算力释放不充分、供电噪声、带宽不足等各类系统问题。
放在当下AI算力赛道来看,行业早已形成 “先进制程打底,先进封装增效” 的固定发展路线。先进制程负责打磨每一块芯粒的基础算力,2.5D、3D先进封装负责把各类芯粒高效整合,再搭配硅电容解决供电稳压难题,整套组合才能撑起大模型训练所需的超高吞吐性能。
总结来说,先进制程和先进封装是芯片性能升级的左右两条腿,少了哪一条都走不远。制程深耕单芯片的内在潜力,封装打通多芯片协同的外部上限,二者搭配发力,才是后摩尔时代算力持续突破的核心密码。