英特爾院士斯旺：由外而內(nèi)重塑芯片設(shè)計(jì)

　　“就本質(zhì)而言，封裝是一個(gè)非�？岷陀腥�的領(lǐng)域，自從我加入英特爾以來(lái)，與眾不同能力比以往任何時(shí)候都強(qiáng)。”—— 英特爾組件研究集團(tuán)封裝系統(tǒng)研究總監(jiān)約翰娜·斯旺

　　英特爾首席執(zhí)行官帕特·基辛格在講述英特爾如何通過(guò)英特爾代工服務(wù)(IFS)為客戶制造芯片并脫穎而出時(shí)，他一再提及“英特爾世界一流的封裝和組裝測(cè)試技術(shù)”�；�辛格上個(gè)月向投資者表示：“我們已經(jīng)看到潛在的代工客戶對(duì)封裝技術(shù)非常感興趣”。

　　封裝從未如此備受青睞。

　　但是對(duì)于約翰娜·斯旺(Johanna Swan)來(lái)說(shuō)，這份遲來(lái)的推崇和其工作息息相關(guān)。作為英特爾組件研究集團(tuán)封裝系統(tǒng)研究總監(jiān)，斯旺表示：“我們必須預(yù)見(jiàn)未來(lái)的需求，并專(zhuān)注在我們認(rèn)定會(huì)有價(jià)值的東西上——不過(guò)，這里指的是五年多之后的未來(lái)。 ”

　　作為英特爾院士，斯旺是電子封裝技術(shù)專(zhuān)家，在勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Lawrence Livermore National Laboratory)工作了16年后，于2000年加入英特爾。

　　斯旺和她的團(tuán)隊(duì)改進(jìn)并研發(fā)了封裝硅芯片的新方式——這一成果不僅吸引了潛在的代工客戶，而且還使英特爾能夠提供各種領(lǐng)先產(chǎn)品。根據(jù)定義，封裝是圍繞一個(gè)或多個(gè)硅晶片的外殼，可以保護(hù)晶片免受外界影響，實(shí)現(xiàn)散熱，提供電源，并將它們連接至計(jì)算機(jī)的其余組件。

　　斯旺解釋說(shuō)：“封裝是用來(lái)建立外部連接的，但同時(shí)可以優(yōu)化內(nèi)部性能，一直達(dá)到晶體管這一級(jí)別。”

　　在邊緣進(jìn)行研究意味著“你需要超乎尋常的堅(jiān)持”，她補(bǔ)充道。“因?yàn)橐�花很長(zhǎng)時(shí)間才能看到產(chǎn)品上的效果，所以你必須樂(lè)意著手解決各種有意思的麻煩，并對(duì)研究的價(jià)值，即它的影響力和將要?jiǎng)?chuàng)造的改變深信不疑。”

　　僅僅將英特爾這一封裝技術(shù)引起的芯片設(shè)計(jì)制造變革稱(chēng)作“小改變”，過(guò)于輕描淡寫(xiě)了。

　　摩爾定律探索中的新拐點(diǎn)

　　斯旺解釋道：“我們目前正在從用單一方法去完成所有工作，轉(zhuǎn)變?yōu)閯?chuàng)建具有多節(jié)點(diǎn)、不同硅工藝的產(chǎn)品，并從每個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)中的應(yīng)用中獲得最大的收益。”

　　她繼續(xù)補(bǔ)充說(shuō)，將許多單獨(dú)的硅區(qū)塊組裝在一起的能力是“一個(gè)真正意義上的大拐點(diǎn)……能夠以和傳統(tǒng)略微不同的方式有效地延續(xù)摩爾定律。”

　　斯旺解釋?zhuān)�封裝的傳統(tǒng)基石，即“性能”、“成本”和“可制造性”將會(huì)延續(xù)。但是，諸如英特爾的嵌入式多芯片互連橋接(EMIB)和Foveros之類(lèi)的新型多維高級(jí)封裝技術(shù)的推出，為芯片設(shè)計(jì)師提供了“用于優(yōu)化和創(chuàng)建系統(tǒng)的有趣旋鈕”。

　　這種新方法應(yīng)用的范例是即將推出的XPU芯片 Ponte Vecchio，它將大約47種不同的硅區(qū)塊堆疊連接在一起，從而為人工智能和科學(xué)計(jì)算提供了新的數(shù)量級(jí)性能。

　　“封裝的魅力”

　　斯旺解釋說(shuō)，封裝的下一個(gè)基石是她所說(shuō)的“功能致密化……即最大化單位體積性能”。她說(shuō)，盡管封裝與摩爾定律沒(méi)有相似之處，但它在某種程度上已經(jīng)通過(guò)小型化得到了發(fā)展。

　　斯旺指出，封裝中的連接和導(dǎo)線(互連)的相對(duì)尺寸與在硅晶片中的尺寸相比，“二者在過(guò)去通常屬于完全不同的量級(jí)。”但是隨著封裝技術(shù)的功能縮小(例如晶片對(duì)晶片的垂直互連間距遠(yuǎn)低于10微米)，“接口正在與封裝與英特爾所謂硅的最后端之間融合。”

　　斯旺說(shuō)：“現(xiàn)在突然之間，封裝的奇妙之處在于它的特征尺寸與晶圓背面的巨型金屬相同。”

　　她補(bǔ)充說(shuō)：“這將制造的一些負(fù)擔(dān)轉(zhuǎn)移到了如今更像工廠的環(huán)境中。”但是，當(dāng)您查看產(chǎn)品總成本時(shí)，“我們應(yīng)該能夠以降低成本的方式對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。”

　　斯旺說(shuō)，這些復(fù)雜的產(chǎn)品帶來(lái)了一系列新的挑戰(zhàn)，“但對(duì)英特爾來(lái)說(shuō)這確實(shí)是件好事，因?yàn)槲覀円呀?jīng)具備了這些優(yōu)勢(shì)。”

　　二十多年來(lái)，持續(xù)不斷的新挑戰(zhàn)使斯旺專(zhuān)注于下一代封裝技術(shù)。“我曾認(rèn)為封裝技術(shù)可能只會(huì)在幾年的時(shí)間里比較有意思，但是事實(shí)上，封裝涉及諸多領(lǐng)域——包括高速信號(hào)、功率傳輸，以及機(jī)械問(wèn)題和材料挑戰(zhàn)。這表明，在封裝這一課題中，實(shí)際上有很多非常有趣的問(wèn)題需要解決。”

　　創(chuàng)造，開(kāi)拓和顛覆——引人深思

　　她補(bǔ)充說(shuō)：“從這一領(lǐng)域可以創(chuàng)造的能力讓人眼前一亮。如果一個(gè)人具有好奇心，并想解決具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，那么英特爾絕對(duì)是不二選擇，封裝技術(shù)正在崛起。”

　　接下來(lái)英特爾的計(jì)劃是什么?暫時(shí)保密。但斯旺表示，除了預(yù)知芯片設(shè)計(jì)的變革和客戶需求的變化之外，我們將始終關(guān)注當(dāng)今的技術(shù)瓶頸以及改良方式。

　　“那在其他開(kāi)拓領(lǐng)域，你會(huì)開(kāi)始發(fā)現(xiàn)尚未真正發(fā)掘的能力，就可以開(kāi)始思考如何以其他人尚未想到的方式做一些事情。”

　　“我們致力于顛覆性變革”，斯旺表示，“這一變革藝術(shù)的核心就是在不改變所有設(shè)備的情況下做出改變，而且不需要全新的生產(chǎn)線。明智地進(jìn)行顛覆性創(chuàng)新，仍然可以實(shí)現(xiàn)最大成效。”

　　“就本質(zhì)而言，封裝是一個(gè)非常酷和有趣的領(lǐng)域”，斯旺補(bǔ)充道，“自從我加入英特爾以來(lái)，與眾不同能力比以往任何時(shí)候都強(qiáng)。”