近年来,芯片方面的技术已经成为各国激烈竞争的焦点。从设计、生产再到测试、封装,每个环节,技术都在不断进步。由于美国对中国芯片业进行打压,中国大陆企业不能进口高端光刻机,但是在刻蚀和先进封装等环节,中国企业已经具备了和世界领先水平一较高下的能力。
在没有先进光科技的情况下,采用先进的封装技术把两个或以上芯片叠加到一起,可以提升芯片的性能,这也是大陆企业突破美国各种禁令的优选解决方案。而芯片制程的下降已经遇到了瓶颈,先进封装技术正在全球芯片行业得到更多的重视。
中国的先进封装技术取得突破
近日,中国超级计算机研究中心(NSCC)宣布,已经实现了中国首个4纳米芯片的封装。先进封装其实包含了芯片生产之后的一系列技术,包括2.5D封装、3D封装和Chiplet 等。可以在不缩小芯片制程的情况下,让芯片面积更小,性能更强,比如两块14纳米制程的芯片通过叠加,可以达到相当于10纳米芯片的性能。
由于无法获得高端光刻机,中国芯片的制程目前被限制在14纳米,想要获得面积更小、性能更强的芯片,先进封装技术的突破就显得更为重要。此前,通富微电已经实现了5纳米的Chiplet技术,而且吸引了美国企业AMD的青睐,把自己80%的封装业务交给了这家中国企业。这次超算中心的成果,也吸引到了更多美国芯片巨头的关注,他们纷纷抛出橄榄枝,想要和中国企业进一步合作。
美国的确在芯片生产领域拥有众多专利,但是其自身在封装方面却没有足够的产能。目前,长电科技等中国企业已经占领了全球四分之一的封装市场份额,而美国企业却仅占有3%的份额。美国的芯片巨头,例如英特尔和美光,都要依赖国外,尤其是亚洲的企业进行芯片封装。芯片封装技术,也是目前我国在芯片制造的各个领域中和国际先进水平差距最小的。
芯片的传统封装基本上只是加上保护性的外壳,但先进封装却需要联通几块芯片,提升性能的同时还要解决发热和良品率等问题,对技术的要求越来越高了。美国此前出台了针对先进封装的鼓励措施,相关企业也在扩大芯片封装业的布局。但他们仍然在寻求和中国企业的合作,足以说明中国企业目前在这方面的技术已经得到了相当高的认可度。
以往,芯片企业“卷”的都是芯片的制程,比如台积电和三星,先后宣布量产3纳米芯片,根据摩尔定律,这已经逼近了芯片理论上的极限尺寸,也就是1纳米。但是在这种极限的制程下,芯片会难以避免地出现某些故障,导致其良品率难以保证。据说,三星3纳米的良品率就只有10%-20%,而且其生产成本成倍增加。更关键的是,用得上,用得起这类芯片目前也只有苹果等少数企业。所以,各国都把目光转向了芯片的先进封装,用这种方式来满足自己对高性能芯片的需求。目前全球范围内,芯片先进封装的市场正在高速增长,根据权威预测,2027年其市场总规模将达到650亿美元。
先进封装市场对中国芯片企业来说无疑是一个“弯道超车”的契机。
芯片封装领域不受光刻机等设备出口限令的影响,中国大陆的企业正在加速从传统封装转向先进封装。这次超级计算机研究中心完成的4纳米芯片封装,已经很接近三星和台积电3纳米制程了。随着大数据、自动驾驶、高性能计算机的发展,对芯片先进封装技术的需求也在提升。如果中国企业能够抓住这次机会,可以成为让中国芯片业摆脱“卡脖子”局面的突破口。
和美国企业的合作,可以给中国企业带来更多发展机会。以往美国的制裁,已经伤害了不少美国芯片企业的利益。中国拥有人才和生产成本优势,美国则拥有资金和技术,如果双方能够在芯片封装领域合作,将有希望获得一种共赢的新局面。
为了促进中国的芯片封装产业,中国已经在联合60多家国内企业,发布了Cliplet方面的技术标准。对相关产品的数据传输速率、接口等技术指标都做出了规范。有了我们自己的技术标准和先进技术,就不必再被动跟随美韩等国的要求。而我们的芯片产业原本又有着庞大的市场和较完善的产业链,未来,先进封装技术会对芯片行业起到越来越重要的作用。
经过多年的发展,三星、台积电能量产的芯片的制程达到了3纳米,这已经接近了芯片的物理极限。因此各国都把目光转向了不需要缩小芯片制程,也能提升芯片性能,缩小面积的先进封装技术。先进封装技术已经成了芯片行业新的突破口。近日,中国超级计算机研究中心宣布实现了中国首个4纳米芯片的封装。这是中国芯片封装领域的一大进步,而且吸引了英特尔等美国企业的注意,美国在芯片封装方面市占率较低,因此他们在积极寻求和中国芯片企业的合作。而这样的合作,有望成为中国芯片业摆脱美国制裁的一个契机。