Lost your password?
Not a member? Register here

IEEE电子封装学会专家谈如何制定及运用异构集成发展路线图

十一月 19, 2020 | I-Connect007
IEEE电子封装学会专家谈如何制定及运用异构集成发展路线图

在此次关于异构集成发展路线图(Heterogeneous Integration Roadmap ,简称HIR)的专家会议上,I-Connect007编辑团队采访了IEEE电子封装学会(Electronics Packaging Society ,简称EPS)的Paul Wesling。Paul Wesling介绍了HIR涵盖的内容、开发组织的发展方向、行业制定这类发展路线图的路径以及如何将其应用于实际生产中。
 
Nolan Johnson:HIR涵盖了很多将会影响PCB设计、制造和组装的未来技术。您能介绍一下HIR项目是如何开始的,并概述一下HIR吗?
 
Paul Wesling:当2016年国际半导体技术发展路线图(ITRS)宣布时,发展路线图的工作实际上被分解到了不同的领域。封装行业认为应该继续开发路线图。Bill Chen 和 Bill Bottoms领导了这项任务,成立了一批工作组。我们研究了6个应用领域:高性能计算机、医疗、自动驾驶汽车、移动、航空航天和国防以及物联网。路线图中的每一章针对一个市场领域。其次还有关于各个构建模块的章节:单芯片和多芯片集成、光电学、电源、MEMS和传感器,以及所有5G、模拟和混合信号等。
对于基础技术,每类技术都有对应的一章,比如有研究材料和元器件的专门章节。未来器件(如碳纳米管)的主要内容出自电子器件学会(Electron Devices Society ,简称EDS),还有少部分章节是关于供应链和安全方面的内容。这些都是知识产权领域的重大问题,尤其是当全球供应链在PCB设计、测试、集成等方面有不同的突破时。路线图还涵盖了热管理、协同设计和仿真的内容。我们如何开发从晶体管模型一直集成到PCB和系统级并来回传递信息的CAD/EDA系统,而不是目前在单个公司孤岛中完成集成?目前仍然存在同样的问题。
最后,还涵盖了3个技术领域。焦点集中在系统级封装(system-in-package ,简称SiP)选项,以及未来10年至15年的发展方向:3D和3D互连,以及晶圆级、扇入和扇出的晶圆级封装。它还涵盖了模块系统集成和不同的载板内容。上述这些就是路线图的主要内容。
 
Johnson:如何获取路线图?
 
Wesling:在pwesling.com/hir网站上,可以选择任何章节浏览。此外,也有完整的PDF文件(600多页)可以下载,在文件内搜索所需部分,这样更方便。还可以找到为ECTC准备的视频概述,视频是在6月份播出的;是一个有索引的6小时网络研讨会。例如,如果您想了解单芯片和多芯片封装的发展概况,可以跳到第176分钟,观看该工作组负责人针对单芯片和多芯片封装的10分钟总结。我们也有9个长度为1小时的视频概述,以便更深入地介绍。同时,我们仍在为其他章节制作类似的视频。
 
Johnson:HIR的一些技术非常接近于PCB行业,但并非所有的HIR都可直接应用。PCB行业应该如何应用此路线图?
 
Wesling:我们看到有4类不同的群体在使用此路线图。首先,研究10年或15年后技术发展的实验室可以使用。当我们明确他们的研究方向,可以在路线图中每年或每两年反映一次研究成果,发现其研究与其他技术的集成。其次,学术界比如博士后学生,也可以根据他们的工作项目概览路线图。第三,无论是供应商还是用户都希望密切关注技术发展方向。谁也不想研发得不到支持的技术,最终走向死胡同。第四,技术专家可以通过路线图来了解未来10年的技术应该走向何处、如果研究电力电子产品用高阶PCB或类似技术何时可能会出现汽车电子产品和400伏电源分布的集成、这类技术会朝哪个方向发展……等等问题。
我们主要围绕这4个应用群体,包括人以及相应的公司。下一个路线图由一大群志愿者开发,应该很快就会发布。我们的想法是,从400名左右的志愿者那里收集前沿信息,将其纳入更新的路线图,包括线宽的新预测和存在问题,以及正在跟踪的任何内容和发展走向。路线图对这4个群体非常有帮助,是可以免费利用的互动资源,所以我们希望它能被广泛传播。
 
Johnson:路线图上的很多信息都与集成电路(ICs)有关,因为现在很多技术都应用于封装内,所以这一点很有意义。
 
Wesling:路线图涉及到chiplet和更高层次的上下堆叠。
图1. Intel的Agilex FPGA Chiplet应用(来源:Intel)
 
Johnson:由于我们的读者主要来自PCB制造行业,HIR中的技术将如何改变PCB?
 
Wesling:首先,我想谈谈协同设计和仿真。我们希望对PCB所涉及的技术进行权衡,而不是寻找局部最大值或IC布局的优化,然后在板级和系统级进行较低级别的优化。我们希望PCB行业同仁与IC及芯片设计共同协作。CAD/EDA公司提供这类工具会是一个挑战。
 
Andy Shaughnessy:这是工作方式、交流对象以及沟通内容的根本性变化。
 
Happy Holden:我们不能再依赖摩尔定律了。对于5纳米到7纳米的栅极几何结构,我们无法通过达到1纳米、0.1纳米和0.001纳米来获得所有未来的收益。另一种选择是以某种方式将多个芯片以不同的材料组合在一起,以获得性能的提升和更低的成本。
 
Wesling:我们预计单芯片将继续应用,除了特殊情况、大容量或物联网之类外,热设计和互连的局限性是必须考虑的挑战,期望看到更好的优化。在PCB层面可能需要更好的模型,比如可以提取并应用到chiplet级、互连和晶圆级加工的模型。
测试可能会发生大变化。事实证明,对于电路板级别的专业人士来说,转移到新材料、不同的互连速度、不同的内部工艺测试等方面会遇到相当大的困难,我们希望有相应解决方案,测试章节将涵盖此方面的内容。
 
Dan Feinberg:你提到了chiplet,这是相对较新的概念。你还记得chiplet是什么时候首次在相关市场上出现的?
 
Wesling:两年前,美国国防部高级研究计划局(DARPA)推动了chiplet,我们称之为单个芯片或芯片集。我们的路线图的思路是,一堆芯片和一堆被动元器件,比如电感器和电容器,通过互连形成系统。
 
Feinberg:Advanced Micro Devices(AMD) 充分利用chiplet技术而远远领先于英特尔。它还有很多其他用途,但你认为它的驱动因素是什么?对我来说,chiplet的驱动力是行业一直在朝着50线程和100线程CPU的方向发展。
图2. AMD Fiji GPU-HBM硅中介层2.5D封装(来源:ASE)
 
Wesling:AMD首席执行官兼总裁Lisa Su强调了这一点。在路线图中介绍的是他们的前一代产品,他们将大芯片分成4个chiplet,以分散功率,实现更好的互连,并更好地连接到存储器。
航空航天和国防领域认为chiplet将是系统建造的救星,因为他们不能应用SOCs;他们的设计可能只需要200个,但他们需要使用商业chiplet,使其系统能应用其他公司的互连。
 
Holden:对我来说,这是一个老话题,因为1972年,我们把多个砷化镓发光二极管的芯片放在PCB上,然后把它们连接起来,用于第二代计算器之类的产品。每个人都认为这是21世纪的技术,但大多数人并不知道,早在上世纪70年代初,我们就已经做了很多板上芯片和板上多芯片。
 
Wesling:如果读第八章就会发现,我们仍然认为引线键合是连接芯片、三层和四层等的一种高级用途应用。晶圆级封装和倒装芯片可能会有所发展,但仍然会有大量的引线键合。
 
Johnson:Happy的评论让人想起了所有的生产都在同一家公司完成的时代。因为一切都在一个公司内完成,可以开发公司内部的协议和通信。但现在不同了,各种功能角色均由第三方专业公司完成。需要在制造层面与多个OEM就这些非常详细的信息进行沟通至关重要。对于PCB制造商来说,这项技术可能是一个关键点,无论系统运行得多好,都可能会发生故障。
 
Wesling:这就是为什么我们加入了并不十分完善的供应链章节,我们将持续更新其内容。难点在于只有一家公司遵循标准。如果五年后再回过来看现在发布的路线图,会发现其中部分内容并不会被行业采用。这些不是标准,只是部分公司、集团和大学研究团队合作去探究其中是否有潜在解决路径的选项。可能只有少数几项技术会被实施。
另一难点和挑战在于供应链安全。因为我们的供应链包括设计、制造、组装,非常分散,可能性太多,难以预测。这就是为什么该路线图会扩展到600多页的原因。但不是所有可能性都会发生,人们在未来10年里将继续深入探究。
它将如何影响公司决策重点——载板和PCB,更具体地说,此方式是否会消失,是否会被其他多芯片载板取代?聚合物最终会走向何处?低温制程开始了吗?从路线图中可看到什么很有趣的内容?一旦你得到了初步的想法,可能会把它们反馈给工作组成员,因为每章末尾都列出了工作组成员,然后说,“我有这个想法。你们还在考虑这个想法吗?”
今天早上我还在思考路线图的重点到底是什么?其实是制定基本规则和预测,然后每隔几个月,对标新的思路,或者更深入挖掘以前没有涉及到的,说明可能会发生什么,或者纠正之前的想法。今后几个月我们希望2020年版的路线图能够更新许多章节。有几章将完全重写,但大部分只是更新。
 
Johnson:向异构集成和使用chiplet的转变实际上是基于采用中介层,它将未封装的芯片连接到系统中。中介层基本上是系统级封装(SiP)内部的PCB吗?
 
Wesling:是的。中介层位于硅和下一级互连之间。
 
Johnson:中介层采用的互连设计方法通常比在有源硅片中使用的方法要好。这是否意味着PCB设计师的经验在晶圆设计方面会很有价值?需要改变设计工具吗?
 
Wesling:类似于过去的PCB,但密度要高得多。我猜测系统级的封装和载板人员将完成设计功能,而不是PCB行业人员。
 
Holden:我们没有发展路线图,但强调另一个极端也很重要。我看好一次性电子产品和打印电子产品,比如用于收集健康信息的一次性腕带,材质是纸,但装有一个5美分的芯片,可以与智能手机通信,将数据上传后由人工智能判断是否通知我的医生,如果医生发现有什么异常,就给我打电话。
 
Wesling:腕带是卷式印刷,类似报纸一样,价格非常便宜。
 
Holden:部分PCB和FPC制造商决定投资开发这部分市场。

更多内容可点击在线阅读,本文发表于《PCB007中国线上杂志》11月号,更多精彩原创内容,欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。

标签:
#认证与标准  #IEEE  #异构集成发展路线图 

需要寻找PCB供应商?

The PCB List祝您快速简便地找到符合您电子制造要求的印制电路板供应商。拥有超过2000家认证厂商的资料!

  About

IConnect007.com是专注于印制电路板(PCB)、电子制造服务(EMS)和印刷电路板设计行业的实时在线杂志。服务于全球以及中国市场多年,发布了超过100000篇新闻、专业文章,提供行业展会实时在线报道,是电子制造领域的行业资讯领导者