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支持3D-IC的新技术

半导体工程公司坐下来讨论整个生态系统所需的变化,以支持ANSYS半导体业务部首席技术专家Norman Chang的三维(3D)芯片设计;
John Park, CadenceIC封装和跨平台解决方案产品管理总监;
西门子事业部门MentorDRC应用营销总监John Ferguson;
Kevin Yee, 三星半导体的代工总监;
和Nepome的硅架构项目管理总监Bapi Vinnakota,以及开放计算项目(OCP)的开放领域特定架构(ODSA)子项目负责人。
以下是该对话的摘录。
这里讨论的第一部分可以在这里找到。

SE:摩尔定律的放缓是否推动了向3D的迁移?

Yee :这是同一个故事 - 我们如何维持摩尔定律 , 3D是晶体管缩放的替代品。 因此,过去任何人都在关注大型模具。 他们是推动这一点的人。 我们想要更多的晶体管,我们再也无法扩展,因此3D为我们提供了维持摩尔定律的替代方案,并在相同数量的区域内实现更大的扩展。

帕克 :这适用于商业,但对国防部而言并非如此。 这是一个不同的故事,小芯片发挥作用。

Yee :但即使在小芯片中 ,如果你看一下AI,ML,加速器的工作负载,他们是否也在做同样的事情?

Chang : CMOS图像传感器怎么样? 那是2.5D还是3D?

Park :这是一个完整的3D堆栈。

弗格森 :有趣的是,2年半前, 2.5D登机,现在到处都是全面生产。 但我们有两个选择 - 有硅或有机插入器 。 现在我们可以说事情再次变得疯狂,就像两年半前一样,但我们可能有五种不同的方式来做堆栈,我认为它不会合并。 我认为不会有一两个存活下来。 每个都由特定域的独特需求驱动,并且它们在所有域中都是不同的。 因此,我们必须支持五到六种方法,这将是一项挑战。

帕克 :这完全是因为摩尔定律即将结束。 如果它发生在28nm或2nm处无关紧要。

Yee :我们一直在说这么久。

Park :但这就是包装变得如此重要的原因。

SE:获得3D需要很多新技术,但似乎没有很多技术来自学术界。 这会产生不同的动态吗?

Park :学术界和国防部都有一些人正在尝试这项技术。 他们可能还没有完全与商业市场分享。 但是在像AI / ML这样的空间中,有些事情发挥作用的不仅仅是将事物粘合在一起并在它们之间进行路由。 包装的一切都是戏剧性的变化。 它是您使用的工具,它是您需要的专业知识。 今天有些人正在解散SoC 。 “我不能设计7nm,因为它的成本太高,而且我只会发货10,000个,所以我永远不会收回NRE。” 所以他们想要一个模块化的方法,我知道那些不再聘请ASIC设计师的公司了。 他们雇用电路板设计师,因为它变成了一个看起来更像PCB的问题,在这个问题上,您可以放置​​不同协议和通信接口的分立元件。 “我该如何勾选这些,我如何才能获得正确的时机?” 它影响工具,流程和所需的专业知识,所有这些东西似乎都在同时发生。

Yee :我们是一家代工厂,对于我们来说,包装是2.5D和3D的重点。 五年或十年前,你有OSAT和外包装来处理所有事情,但现在这是代工厂的一个主要关注点,因为我们必须为我们的客户这样做。 它不仅仅与晶圆有关。 它涉及包装以及它们如何相互作用。

Park :这是重要的一点,因为它不仅仅是三星。 它是台积电,它是英特尔

Yee :因为这个原因,你看到了生态系统的变化。

SE:这种关系会随着时间的推移而发展吗? 我不知道今天有任何代工厂需要从另一家代工厂购买模具并进行包装。 我们是否必须为此制定新的参与规则?

Yee :我不会说我们不会,但环境正在改变如何做到这一点。 就像Cadence和Mentor一起工作因为工具流程必须协同工作一样,我们并不自觉地相信一切都必须是我们。 您必须支持客户以及他们想要的东西。

Chang :代工厂如何与OSAT合作?

Yee :我们也必须与OSAT密切合作,就像其他代工厂一样。 我们确保流程到位。

张 :但你没有从他们那里获得收入。

Yee :这是一个伙伴关系,一个生态系统,这就是这个行业的运作方式。

SE:工具提供商和客户之间是否建立了关系,客户要求克服特定的技术挑战,然后工具供应商会研究如何做到这一点?

公园 :这是两个层次。 一个是代工厂现在进行包装,这对行业来说是一件好事,因为它推动了参考流程。 当OSAT正在打包时没有参考流程,没有PDK,你不得不猜测一切。 现在代工厂正在这样做,我们有参考流程。 因此,我们与代工厂合作开发认证参考流程。 这是一个级别 - 你有基准能力做三星包装类型A? 是。 这是流程和工具。 但后来我们出去和一位客户交谈,他说,'我需要更多。 我需要路由资源共享。 这就是EDA的意义所在。 我们做自动化。 它是关于采用我们拥有的技术并对其进行修改。 过去很容易。 如果你看看台积电的InFO - 扇出晶圆级封装技术 - 这是一个小小的改变。 我们能够使用这些工具并对流程进行微调,并使其工作。 3D不是那样的。 它在整个流程中有很大的不同。 我们不能采用适用于单个芯片的路由引擎,并让它在堆栈中路由三个芯片。 这需要很多新代码。 我们与客户和合作伙伴合作,确定参考流程的基线,然后确定高级客户需要的基准。 这是一个生态系统。

Yee :借助3D,我们必须与合作伙伴合作,因为事情会发生变化。 你谈到芯片键合和对齐以及TSV,EDA公司不能自己做,因为它会影响你完成这个过程和所有事情的方式。 所以你必须建立一个生态系统。 客户会想出他们想要的新想法。

弗格森 :他们驾驶它,不知怎的,我们找到了解决方案。

SE:据推测它是一个迭代过程。 你遇到问题并继续努力,然后转向其他事情。

Yee :是的,不是。 客户希望我们预测问题。 他们不想成为第一个找到它的人。 这就是合作变得如此重要的原因。 我们分享想法和问题。 客户不希望成为管道清洁剂。

弗格森 :在某些情况下,我们都会经历一些我们认为会起作用的事情而事实并非如此。 他们不想成为管道清洁工,但你是 - 抱歉。

SE:已经提到了几次产量。 有人说收益率会随着3D而下降,另一种说收益率会上升。 我们通过内存了解到,如果构建足够大的内存,它将会失败,因此您可以添加冗余。 我们如何将这些想法应用于3D堆栈?

Ferguson :即使使用HBM ,他们仍会继续尝试缩小所有组件,他们发现他们有压力问题。 他们回来说,'我们需要更多的帮助。 当我有越来越小的TSV及更多TSV时 ,我们需要被告知我们在哪里以及为什么会遇到这些压力问题。 我能在多大程度上推动极限? 所有这些都是不断变化,不断学习。 每个人都希望成为曲线的头,但不要冒险成为曲线的头。 所以我们都平等地分享这种痛苦。

Park :它可以追溯到已知的好死问题。 这就是困扰多芯片市场的问题,现在它变得更加复杂,因为你有这些额外的压力问题。 我们过去只是将东西并排放在一些相当坚固的东西上,现在我们正在拿两件薄薄的东西并将它们直接粘在一起。 因此必须改进测试技术。 在EDA中,我们确信我们为测试所做的工作就在那里。 这并不意味着不会有任何失败,但至少你知道一些事情是不好的并将它扔掉。

弗格森 :如果你遵循协议。

张 :这一直是已知的好死的论据。 在将好的模具放在一起之前,你做了多少测试。 这是首选的方法。

弗格森 :这取决于这些芯片的价格。

张 :没错。

弗格森 :你能承受多少钱?

是的:有一部分是已知的好死,但另一部分是,一旦你已经结合了某些东西,如果你从那里有产量问题,它可以级联。 这是最终客户最重要的事情之一 - 产量。 我们鼓励我们确保与EDA合作伙伴合作,因为测试越好,客户就越开心。 对于晶圆厂来说,这是关于产量的。 因此测试非常重要,第一部分是已知的良好模具。 第二部分是我们如何在多模具之后进行测试,无论是粘接过程中的失败,对齐过程中的失败等。

Vinnakota :这有一个好处。 3D需要许多额外的接口。 这可能是一些愚蠢的事情,比如环回测试 - 确保接口工作的任何东西,干净地将它放入扫描链中 。 使用新的界面,它们会在包内提供以前不存在的新观察点。 诀窍在于每个人都必须就操作,管理和访问这些界面的标准方式达成一致。 即使你有不同的方式让芯片相互通信,如果你们都同意一种访问和管理这些接口的标准方法,那么它会使测试问题变得更加容易,因为你可以从芯片外部访问所有内容。 所以你甚至可以让一个芯片触发另一个芯片的自检。 但是没有标准的方法来访问这些内部,这是一个机会。

弗格森 :有一个复杂的问题,现在你需要越来越多的测试,因为你有更多的东西,但这与摩尔定律一直相同 - 更多的失败机制。 您是否真的拥有所有正确的测试来找到新的故障机制? 这是一个新问题。 我们认为我们这样做了,但是在我们发现错误之前我们继续这个假设,然后我们会找到一种新方法来测试这个问题。

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