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英特尔擘划先进封装之路
前言：
EMIB、Foveros、UCIe让晶粒相互结合
次世代TIM、Coax MIL提升散热与供电效率，光学讯号传输突破电气极限
英特尔公司资深副总裁暨封装∕测试开发事业部总经理Babak Sabi，上月在2022国际超大规模集成电路技术研讨会当中，以工程专家与产业领导者的观点，说明先进封装生态系所遇到的挑战与解决方案，不仅降低每单位位移动的功耗需求，更要持续推动互连带宽与密度。英特尔已有推动系统、电路板、封装、晶粒开发和整合的路线图，与先进封装有关的内容如下：
• 系统层级—透过改良后的晶粒和封装架构，降低每单位位移动时所需功耗。
• 电路板层级—整合光学传输，以便继续提升带宽速度与密度。
• 封装层级—使用次世代热界面材料（TIM）改善散热、透过Coax MIL提升电源传输效率、共同封装光学传输组件。
• 复合晶粒体（die complex）—提升晶粒间的互连带宽，并制定相互沟通的产业标准（如UCIe）。
EMIB、Foveros持续演进
英特尔的EMIB（Embedded Multi-die Interconnect Bridge）和3D堆栈Foveros等先进封装技术，分别已应用至Intel® Stratix® 10 FPGA和代号Lakefield的处理器。今年EMIB已扩大应用至代号Sapphire Rapids的处理器，并正在研发凸块间距45μm版本。
众所期待的Ponte Vecchio，即是同时应用EMIB和Foveros的尖端工程技术结晶，单一封装内含47个功能芯片块（functional tile）＋16个热传芯片块（thermal tile），横跨5个制程节点，共计超过千亿个晶体管。英特尔更会提供新一代Foveros，包含纵向、横向均可相互连结晶粒的Foveros Omni，以及铜对铜接合技术的Foveros Direct，进一步提升晶粒互连带宽和传输效率。
UCIe标准化晶粒连接接口
英特尔所主导的UCIe（Universal Chiplet Interconnect Express）获得包含AMD、Arm、ASE、Google Cloud、Meta、Microsoft、Qualcomm、Samsung、TSMC等众多厂商的支持，让来自不同厂商、代工厂的晶粒能够在封装内相互沟通。
UCIe汲取十分成熟的PCI Express和Compute Express Link产业标准优势，为生态系注入标准化、开放式、多种协议特色。UCIe更是个持续演进，满足未来10年预期需求的开放式标准，透过不断提升每单位芯片面积的带宽，与产业界的实际应用相互契合。
次世代TIM强化散热、Coax MIL提升供电效率
异质整合将多个不同功能的主动式晶粒整合至单一封装之内，提升功率密度也对散热和供电形成压力。我们可以在IHS（Integrated Heat Spreader）与晶粒之间，填入金属热界面材料（metallic thermal interface material）。随着进入先进封装时代，金属热接口材料不仅要再次提升效能，更要能够与来自多家不同晶圆制造厂的晶粒达成良好的兼容性，同时解决先进封装当中，内部晶粒高度相异的难题，以及验证长期使用后的可靠度。
于芯片封装中整合电压调节功能，能够提升电源供应效率。目前英特尔新一代服务器产品透过封装基板的特殊结构Coax MIL，作为FIVR（Fully Integrated Voltage Regulator）的电感使用，相较以空气作为磁芯的电感可提升3％～4％的效率。英特尔未来还会替Coax MIL导入High Q电感，达成10％～12％的电源供应效率改善，未来4年至5年也要让其电感值翻倍成长。
将来能够透过Foveros Omni异质整合电压调节小芯片（chiplet），这个小芯片能够采用其它的化合物半导体材质（例如氮化镓）制作，达成高电压∕高功率转换应用，再一次地提升电源供应效率。
拓展传输带宽与密度，将从电气讯号转进光学讯号
近年来不断提升电路板和封装基板的质量、改善布线技巧、降低导线粗糙度，随着传输速度日益增长，我们也不断寻找介电材料耗损系数（dielectric material loss tangent）表现较佳的材质，并导入先进技术，让接收端依旧能够判断0与1。另一方面，提升电气讯号传输速度也需要更多的功率，可预见将会超越整个封装所能够负荷的大小，改采光学讯号是未来持续拓展传输带宽与密度的必经之路。
先进封装技术让整合光学I/O成为可能，英特尔过去已陆续完成封装整合光学讯号传输的展示，在交换器的封装上，以电气接口链接位于封装中央的交换器晶粒与四周的光子引擎组件；后来更进一步透过EMIB连结两者，进一步提升带宽并降低功耗。
我们需要一个结合芯片、封装、系统层级的完全解决方案，并持续缩小间距，达成异质整合，汲取晶粒对晶粒互连标准的优势。我们也需要更好的设计系统，能够完成温度管理和电源供应，因为这需要从一开始就纳入考虑，无法以事后追加的方式进行。I/O传输效率的未来，则是仰赖光学共同封装。
先进封装的未来需要产业伙伴的共同参与，真正完成「即插即用的标准化」。
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