超越摩尔定律.pdf

超越摩尔定律 当所有⼈都还在讨论台积电 三星和Intel在先进制程上⾯的战争 ASML的EUV 以及Moores Law还能延续多久时 其 实这⼏年来半导体的格局已经慢慢地产⽣了变化。Moores Law发展到现在 下⼀代的⼯艺变得越来越复杂 对于技术 的门槛要求也越来越⾼ 连带造成这⼏年来让制程微缩的阻⼒越来越⾼。 也因为如此 其实各家⼤⼚都在思考在电晶体尺⼨微缩越来越难的情况下 要怎么将单位⾯积的电晶体数量继续加倍。 今天我们要讨论的主题就是⼤家可能⽐较少注意到的 各家⼤⼚已经在竞争的More than Moore （超越摩尔定律）的展 开。 ⾸先 为了要让⼤家对整个半导体发展有⼀个整体的概念 容许我先前情提要⼀下Moores Law 。 Moores Law ：已经引领了过去50年半导体产业/ ⾼科技领域的成长 ⾸先我们简单介绍⼀下Moores Law , 这个定律其实不算是⼀个 「定律」 ⽽算是⼀个观察。它是Intel的共同创办⼈ Gordon Moore在1975年提出他对电晶体数量成长速度的观察 他的预测是每两年电晶体数量会变成两倍 也就是说每 隔两年电脑的运算速度会变成两倍 或是说 同样运算速度的晶⽚会变成⼆分之⼀的价格。虽然Gordon Moore没有要 做⼀个⾮常精准的预测 但是事隔⼏⼗年再回来看 这个预测⽐他原本想像得还要精准。⽽Moores Law也变成每个⼤ 的半导体的研讨会必定会提到的题⽬ 很多⼈都会从Moores Law 的讨论来当作是⼀个引⼦ 进⽽阐述他们对接下来半 导体产业趋势的看法。 ⽽Moores Law 的讨论为什么这么重要？其实不是重要在讨论这个定律是不是仍然会延续下去 对业界来说 其实更重 要的是藉由这个讨论来了解整个业界的趋势是否得以延续下去 还有这背后产业结构的变化以及其经济意涵。Moores Law代表的是晶⽚成本下降的趋势 也代表不同终端产品的应⽤能⼒的提升 （20年前⼤家绝对没有办法在⼿机上⾯做这 么多事情）。 More than Moore定律 （超越摩尔定律) ：Moores Law之上的成长动能 SMC、Intel和Samsung这些⼤⼚其实也注意到其实先进制程的开发复杂度是指数级增加 ⽽当制程的复杂度指数增加 时 开发的成本也会⼤幅提⾼。有鉴于此 ⽬前的⼤⼚都纷纷在寻找新的⽅法来延续半导体产业的持续成长 ⽽⽬前的 ⽅向除了进⾏尺⼨微缩的创新以外 系统整合端/ 封装端的创新是⽬前 SMC、Intel和Samsung还有很多封装⼤⼚正在 积极布局的部分。 More than Moore讲的是在这个万物互连蓬勃发展的时代 各种不同类型的sensor和Io 装置所触发的下⼀个半导体成长 动能。根据I RS 整个半导体产业的发展可以分为两个部分 ⼀个就是我们提到的Moores Law尺⼨微缩的部分 另⼀ 个就是各种不同型态晶⽚还有sensor的发展 即More than Moore的部分 （如图2）。 ⽽为了要在⼀个系统⾥⾯更有效的整合/ 应⽤各种不同的晶⽚和sensor 不管是半导体⼤⼚或是封装⼚都发展出了许多 先进封装的技术。根据台积电 联席CEO 刘德⾳在ISSCC 2021的演讲内容 （见图3) 台积电也发展了许多先进封装的制 程 如CoWoS InFo和SoIC …...等 让客户可以将不同型态的晶⽚整合在⼀个系统⾥⾯ 持续提升在系统尺度的电晶 体数量。⽽⼀直以来 逻辑晶⽚ （CPU、GPU等等)电晶体数量⼤量增加的关系 晶⽚对外频宽或I/O接脚数量的需求也 ⼤量增加 这些在持续发展中的先进封装的技术 也可以⼤幅度增加这些晶⽚对外的接脚数量 满⾜这⽅⾯的需求 （如 图4)。 ⽽不⽌ SMC 这⼏年Intel和Samsung也都积极布局先进封装。以Intel为例 在最近的Intel Architecture Day 2020 Intel秀出了他们必威体育精装版的封装Roadmap。从这个Roadmap我们可以发现 未来的Bump （从晶⽚接出来的接 脚）pitch （接脚到接脚间的距离）会⼀路从普通封装的100um左右 Bump density （接脚密度）~100/mm ^2 ⼀直发 展到现在必威体育精装版的Foveros制程 （如图6） 其Bump density （接脚密度）变为10倍左右 （Bump pitch为25um~50um ＆ Bump density ~1000/mm^2） ⼤幅度增加接脚的数量。⽽未