不同规格芯片封装在一个芯片上的技术如何使半导体芯片发展走上新方向

这项黑科技将使半导体芯片发展走上新方向

去年，英特尔第一次在公开场合提出了“混搭”的概念。也就是将不同规格的半导体芯片通过特殊方式封装在一个芯片之上，使之具备更强的性能和更好的功耗表现。这种混搭封装技术被英特尔命名为EMIB，即Embedded Multi-Die Interconnect Bridge，中文译名为嵌入式多核心互联桥接。

　    EMIB是随着英特尔Kaby Lake-G公布以及搭载KBL-G的冥王峡谷NUC发售而进入大众消费者眼帘的。作为冥王峡谷的用户，我可以算是EMIB技术的第一批受益者，也深深感受到了这种技术所存在的潜力。通过EMIB方式，KBL-G平台将英特尔酷睿处理器与AMD Radeon RX Vega M GPU整合在一起，同时具备了英特尔处理器强大的计算能力与AMD GPU出色的图形能力，同时还有着极佳的散热体验。这颗芯片创造了历史，也让产品体验达到了一个新的层次。

　　冥王峡谷是KBL-G平台的代表产品，它将办公与品质娱乐很好的结合在一起

　　在今年初的CES 2019上，英特尔继更早之前的Architecture Day之后，又一次展示了Foveros 3D封装技术，作为EMIB技术的“升级版”，Foveros堪称半导体芯片界的黑科技。简单来说，EMIB与Foveros的区别在于前者是2D封装技术，而后者则是3D堆叠封装技术。

　　2D与3D的区别其实很好理解，就像是平房和楼房的区别。假如一个小区有300人，这300人要安置在房子里的话，如果使用盖平房的方式来做的话，那么就需要100间到300间房子，而且这些房子需要平铺在极大的一片土地上；而如果使用盖楼房的方式来做的话，那么同样需要100-300间房子，但是只需要比前者小得多的占地面积就可以承载的下，这就是2D封装与3D封装的区别。

　　放在半导体芯片领域来讲的话，其实EMIB和Foveros在芯片性能、功能方面的差异不大，都是将不同规格、不同功能的芯片堆叠在一起来发挥不同的作用。不过在体积、功耗等方面，Foveros 3D堆叠的优势就显现了出来。今年CES 2019英特尔发布会上，英特尔公司高级副总裁兼客户端计算事业部总经理Gregory Bryant展示了首款Foveros 3D堆叠设计的主板芯片LakeField，它集成了10nm Ice Lake处理器以及22nm小核心，具备完整的PC功能，但体积只有几枚美分硬币大小，让人感受到了Foveros 3D封装技术的强大。

　　虽说Foveros是更为先进的3D封装技术，但它与EMIB之间并非取代关系，英特尔在后续的制造中会将二者结合起来使用。

　　以下两张图，是对这一突破性发明的详细介绍，第一张图展示了Foveros如何与英特尔嵌入式多芯片互连桥接（EMIB）2D封装技术相结合，将不同类型的小芯片IP灵活组合在一起，第二张图则分别从俯视和侧视的角度透视了Foveros 3D封装技术。

　　无论是EMIB还是Foveros，封装方式不同，但解决的问题是一样的。

　　以往单片时代处理器内部的CPU核心、GPU核心、IO单元、内存控制器等子单元都必须是同一工艺制程下设计的，不过在实际应用中其实并不需要大家都一样。比如CPU、GPU核心需要更高的性能，那么以更加先进的工艺去设计制造是必要的。但是像IO单元、控制器等器件，就不需要这么先进的工艺了。以前的封装技术无法解决这种问题，但是通过EMIB或Foveros就可以实现不同工艺芯片之间的堆叠封装了。

　　此外，Foveros与EMIB的意义不仅仅在于可以将不同规格之间的芯片封装在一起，更重要的意义在于它的出现能够让英特尔摆脱芯片架构与工艺之间“捆绑”的束缚，使工艺与架构分离，这样可以使英特尔在制程、架构设计上有更强的灵活性。

　　在目前的半导体芯片行业中，英特尔是为数不多的IDM垂直整合型半导体公司。即自己设计芯片架构、自己制造芯片、自己封装芯片，这一点其它芯片厂商几乎做不到。

　　不过这也是一把双刃剑。优点是英特尔能够自主根据不同工艺开发不同的CPU架构，而且因为是全自主，所以新工艺开发的架构可以最大化的利用特定工艺的优势，使之达到更好的匹配与契合；但不足之处在于将架构与工艺捆绑起来制约了灵活性，比如10nm延期之后，英特尔无法使用14nm工艺去生产10nm制程架构就是典型的例子。

　　Foveros与EMIB的出现，使得英特尔能够在未来的发展中跳出制程工艺与架构捆绑的约束，在推进制程工艺发展和架构发展方面能够更为灵活，有更多的选择空间。

　　而对于OEM合作伙伴来说，全新的封装技术能够实现客制化需求，这一点极为重要。以往英特尔与OEM的关系是“我升级芯片你做相应的产品”。OEM的选择权不大，只能跟着英特尔的节奏走，英特尔不更新OEM就只能干等着。全新封装技术的出现，可以允许OEM去向英特尔客制化自己想要的芯片，从而在不同类型、不同形态的产品之上选择不同的芯片方案，更加灵活。因此，Foveros与EMIB不仅仅对于英特尔自身有着重要意义，同时对于整个PC产业、甚至是IT数码产业都有着极为重要的意义。