近日，國家知識產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng)公開的信息顯示，華為技術(shù)有限公司公開了“一種芯片堆疊封裝及終端設(shè)備”專利。

　　據(jù)摘要顯示，本公開涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，其能夠在保證供電需求的同時(shí)，解決因采用硅通孔技術(shù)而導(dǎo)致的成本高的問題。

　　(截圖自國家專利局)

　　(截圖自國家專利局)

　　專利文件顯示，該芯片堆疊封裝包括：

　　設(shè)置于第一走線結(jié)構(gòu) (10) 和第二走線結(jié)構(gòu) (20) 之間的第一芯片 (101) 和第二芯片 (102);

　　所述第一芯片 (101) 的有源面 (S1) 面向所述第二芯片 (102) 的有源面 (S2);

　　第一芯片 (101) 的有源面 (S1) 包括第一交疊區(qū)域 (A1) 和第一非交疊區(qū)域 (C1)，第二芯片 (102) 的有源面 (S2) 包括第二交疊區(qū)域 (A2) 和第二非交疊區(qū)域 (C2);

　　第一交疊區(qū)域 (A1) 與第二交疊區(qū)域 (A2) 交疊，第一交疊區(qū)域 (A1) 和第二交疊區(qū)域 (A2) 連接;

　　第一非交疊區(qū)域 (C1) 與第二走線結(jié)構(gòu) (20) 連接;

　　第二非交疊區(qū)域 (C2) 與第一走線結(jié)構(gòu) (10) 連接。

　　所謂的芯片堆疊技術(shù)究竟是什么?

　　“芯片堆疊”技術(shù)近段時(shí)間經(jīng)常聽到，在前段時(shí)間蘋果舉行線上發(fā)布會(huì)時(shí)，推出了號稱“史上最強(qiáng)”的Apple M1 ultra，這就是一種采用堆疊思路設(shè)計(jì)的芯片。

　　M1 ultra將兩枚M1 Max中隱藏的芯片間互連模塊(die-to-die connector)通過技術(shù)手段整合在一起，蘋果將其稱之為“Ultra Fusion”架構(gòu)，擁有1萬多個(gè)信號點(diǎn)，互連帶寬高達(dá)2.5TB/s，而且延遲、功耗都非常低。

　　通過這種方式組合而成的M1 Ultra，規(guī)格基本上是M1 Max的翻倍。同樣是采用了5nm制造工藝，但M1 Ultra的晶體管數(shù)量卻高達(dá)1140億個(gè)，統(tǒng)一內(nèi)存最高達(dá)到128GB，總帶寬800GB/s。

　　(蘋果發(fā)布會(huì)截圖)

　　那么所謂的芯片堆疊技術(shù)究竟是什么?據(jù)了解，堆疊技術(shù)也可以叫做3D堆疊技術(shù)，是利用堆疊技術(shù)或通過互連和其他微加工技術(shù)在芯片或結(jié)構(gòu)的Z軸方向上形成三維集成，信號連接以及晶圓級，芯片級和硅蓋封裝具有不同的功能。針對包裝和可靠性技術(shù)的三維堆疊處理技術(shù)。

　　該技術(shù)用于微系統(tǒng)集成，是在片上系統(tǒng)(SOC)和多芯片模塊(MCM)之后開發(fā)的先進(jìn)的系統(tǒng)級封裝制造技術(shù)。 在傳統(tǒng)的SiP封裝系統(tǒng)中，任何芯片堆棧都可以稱為3D，因?yàn)樵赯軸上功能和信號都有擴(kuò)展，無論堆棧位于IC內(nèi)部還是外部。

　　目前，3D芯片技術(shù)的類別包括：基于芯片堆疊的3D技術(shù)，基于有源TSV的3D技術(shù)，基于無源TSV的3D技術(shù)，以及基于芯片制造的3D技術(shù)。

　　筆者注意到，去年華為就曾被曝出“雙芯疊加”專利，這種方式可以讓14nm芯片經(jīng)過優(yōu)化后比肩7nm性能。但當(dāng)時(shí)曝光的這種通過堆疊的方式與蘋果的“Ultra Fusion”架構(gòu)還是有所不同。也許有很多人理解雙芯片堆疊是指將兩顆獨(dú)立芯片進(jìn)行物理堆疊的方式去實(shí)現(xiàn)性能突破，其實(shí)這是非常嚴(yán)重的錯(cuò)誤，如果單單依靠物理堆疊，那么會(huì)有非常多的弊端無法解決，例如兼容性，穩(wěn)定性，發(fā)熱控制這些都是沒法通過物理堆疊來解決問題的，在設(shè)計(jì)思路上面就會(huì)走上歧路，得不償失也毫無意義。

　　雙芯疊加層級運(yùn)用于設(shè)計(jì)和生產(chǎn)初期，也就是說在設(shè)計(jì)過程中將原來的一顆芯片設(shè)計(jì)成雙層芯片然后利用自己獨(dú)特的技術(shù)，來將這兩層芯片封裝在一顆芯片中，通過同步信號方式與一些其他方法就可以激活雙層芯片共同發(fā)力，從而實(shí)現(xiàn)芯片性能突破。所以說一個(gè)物理層堆疊，一個(gè)設(shè)計(jì)之初就開始改變設(shè)計(jì)思路，這是完全不同的兩個(gè)方式。

　　因此雖然同樣是指雙芯片組合成單個(gè)主芯片，但蘋果與華為可以說是兩種截然不同的方式。無論如何，雙芯片組合帶來的結(jié)果必然是1+1>1，但不等于2。

　　當(dāng)然，無論是華為的雙芯疊加技術(shù)還是蘋果的Ultra Fusion架構(gòu)，在當(dāng)前芯片工藝水平發(fā)展接近極限的情況下，“雙芯堆疊”設(shè)計(jì)的方式不失為一種好的選擇。理論上來說，兩顆芯片可以將任務(wù)分工處理，形成更強(qiáng)的運(yùn)行效率，而其中重點(diǎn)所需要解決的，無非就是功耗、信號同步、數(shù)據(jù)流協(xié)同處理等方面的問題。

　　在前不久舉辦的華為2021年業(yè)績發(fā)布會(huì)上，華為輪值董事長郭平表態(tài)稱，未來華為可能會(huì)采用多核結(jié)構(gòu)的芯片設(shè)計(jì)方案，以提升性能。同時(shí)，采用面積換性能，用堆疊換性能，使得不那么先進(jìn)的工藝也能持續(xù)讓華為在未來的產(chǎn)品里面，能夠具有競爭力。

　　在去年12月，華為公司還投資6億元成立了一家電子制造的全資子——華為精密制造有限公司，經(jīng)營范圍為光通信設(shè)備制造，光電子器件制造，電子元器件制造和半導(dǎo)體分立器件制造。當(dāng)時(shí)就有內(nèi)部人士稱，該公司具備一定規(guī)模的量產(chǎn)和小批量試制(能力)，但主要用于滿足自有產(chǎn)品的系統(tǒng)集成需求?！安簧a(chǎn)芯片，主要是部分核心器件、模組、部件的精密制造。”同時(shí)，經(jīng)營范圍中提及的“半導(dǎo)體分立器件“主要是分立器件的封裝、測試。如此來看，華為對于芯片堆疊路線早有清晰的規(guī)劃，沒準(zhǔn)已經(jīng)投入制造環(huán)節(jié)。

　　此外，從華為將海思列為了一級部門的重大業(yè)務(wù)架構(gòu)調(diào)整來看，這預(yù)示著其戰(zhàn)略重心的重新配置。在過去相當(dāng)長的一段時(shí)間里，海思只是華為2012實(shí)驗(yàn)室下面的一個(gè)部門，最高端的產(chǎn)品也都是自用?，F(xiàn)在，華為將海思列為一級業(yè)務(wù)部門，在很大程度上預(yù)示著，未來華為的芯片產(chǎn)品，將從“部分商用”調(diào)整為“全面商用”，華為也將繼續(xù)加大在芯片領(lǐng)域的人才投入和技術(shù)投入。