英特尔Navid Shahriari：先进封装技术正成为全球范围内重要趋势

“我在英特尔已经工作了35年，从事过各种工程工作，一开始，我是嵌入式微控制器部门的设计工程师，后来，我在技术开发（Technology Development）部门工作了大约二十年，包括前端和后端技术开发。过去六年中，我负责了微处理器架构和设计，以及硅验证和产品工程相关工作。”这段自我介绍，来自于英特尔代工技术开发高级副总裁Navid Shahriari先生。

在4月底举办的代工大会上，我们与Navid Shahriari进行了深入交流，作为封装技术领域的专家以及负责人，他向我们详细介绍英特尔封装技术的发展以及现状。作为英特尔代工服务的核心，先进封装技术将为英特尔自身及其客户在未来的半导体行业竞争中奠定坚实基础。

·EMIB与EMIB-T技术的演进

EMIB和Foveros是英特尔先进封装技术的代表，而相关技术其实已经开发了20年之久。EMIB封装已经全面投入生产，相关产品也已上市，出货量已经超过1600万片。同时随着技术演进，EMIB现在包含凸点间距55微米和45微米的两种技术。

当前，英特尔正在开发第二代EMIB技术，也就是EMIB-T，它集成了硅中嵌入式电容与电压调节器。这项新技术正与HBM4一起协同开发，在具备原始EMIB所有优势的同时，进一步提升了供电效率和性能，是面向下一代高带宽需求的关键封装方案。

Navid Shahriari介绍了EMIB-T的新特性，“在传统的信号传输中，互连能力和电源传输效率相互掣肘。比如，如果你运行的是高速接口（如UCIE），或者在系统中使用HBM内存，在这种情况下，通过两层薄铜层进行电力传输时，会因IR压降而导致过多的电压损失。因此，在EMIB-T技术中，我们引入了TSV（硅通孔）技术，使桥接直接连接到下层基板。这样可以实现直接的电力传输，并且可以集成电容器、电压调节器等深度嵌入的技术，从而显著提升供电能力。”

·Foveros 3D堆叠封装技术以及与EMIB的差异化

EMIB技术主要面向2D和2.5D封装领域，而英特尔先进封装技术的另一大杀手锏，就是面向3D封装领域的Foveros。目前，Foveros以及Foveros-S封装技术已投入生产，后者是一种硅对硅的封装技术，这种互连可以基于有源硅对硅或者无源硅对硅。而现阶段英特尔在设计与研发的3D堆叠封装技术是Foveros-R，其目标是应用于低功耗领域。

Navid Shahriari介绍说，“Foveros-R采用了Foveros堆叠结构，并添加了两层或四层再布线层，以便能够将堆叠结构放置在基板上或者其它某些特定功能的结构上。比如说有两个或四个Foveros芯片组合在一起，放置好这四个芯片裸片，然后有一个具有密集互连的硅桥，接着再去构建一些层，将这两个或多个芯片裸片与硅桥连接起来。”

Foveros与EMIB虽然都有硅桥结构，但其区别在于，EMIB和EMIB-T硅桥是嵌入在基板内部的，并且是从前端开始就作为基板制造工艺的一部分。硅桥被嵌入在基板内部，而且（EMIB-T）存在贯穿基板的硅通孔，这样一来，能够在实现芯片间互连的同时，更好地优化整体的结构布局和电气性能等等。此外，一旦建好了基板，EMIB封装就随之完成。且基板与封装测试流程是分开的，所以可以并行进行，大大缩短产品交付时间。另外它还具备芯片堆叠的能力，无需先放置芯片，再放置桥接结构然后再进行后续构建，而是桥接结构已经在基板当中了，这样一来就能实现质量更高的芯片堆叠，EMIB和EMIB-T这是一种“后置芯片”（die-last）的工艺。

EMIB和Foveros能够共存的原因在于密度差异。如果客户想要非常非常小且密集的复杂技术，Foveros可能会比其它技术更具优势，甚至对于许多带有内存的多芯片复合体而言，EMIB、EMIB-T等技术在某些方面也不一定就明显优于其它技术。当然，成本方面的权衡，也决定了这两种技术都有其发挥作用的空间。因此英特尔希望能够同时提供这两种技术，以满足客户的任何需求。

·利用先进封装技术优势实现异构集成

现如今，异构芯片越来越广泛，这是降低芯片制造成本的关键因素。因为对于半导体芯片而言，并不是每一个计算单元或I/O单元都需要先进制程来制造，计算单元、图形单元可以采用先进工艺，但I/O单元或其它不太核心的计算单元则可以寻求成本更低的成熟制程来制造。正因如此，英特尔EMIB与Foveros这些为异构集成而生的先进封装技术，在现如今的代工服务中成为主流。

Navid Shahriari表示，“如果要真正利用先进封装技术的优势实现异构集成，就必须实现非常密集的芯片与芯片之间的互联，不仅要在给定的单位面积内实现更高的密度，而且还要有更低的互联能耗。”

EMIB技术的独特与差异性体现在，构建基板时会嵌入硅桥，可实现55微米到45微米凸点间距的高密度互连，而且英特尔已经有进一步缩小间距的路线图。该硅桥被嵌入基板之后，随即进行额外的基板处理和多层堆叠。因此，当最终基板完成时，它已经内置了带有密集互连的硅桥。在封装过程中，该硅桥可用于放置CPU或GPU芯片，这就是EMIB的工艺流程。

从基板开始，然后连接已测试良好的芯片组件，比如GPU、CPU和内存。封装完成后，还可以进行重新测试，以确保系统级的可靠性与性能。因此，EMIB是真正能够实现裸芯片级集成的封装技术。在桥接组件封装进封装基板之后，后续的流程与传统的封装和测试非常相似。也正因如此，这项技术在当前封装方案中具有独特性和差异化优势。

目前，英特尔正在与其客户合作开展设计工作，并且正在进行EMIB-T技术，也就是第二代EMIB技术的首次验证流程。它本身尚未进入量产阶段，但较紧密间距的EMIB技术其实已经投产。

·先进封装让客户能轻松构建出极其庞大复杂的芯片

在今年的英特尔代工上，英特尔先进封装路线图全面曝光，包括EMIB 2.5D、EMIB 3.5D、EMIB-T、Foveros 2.5D & 3D、Foveros-R、Foveros-B、Foveros Direct 3D等技术全面亮相，并且已经有超过6500万台采用了英特尔先进封装技术的客户端产品。

Navid Shahriari认为，“从宏观层面来看，我们在这个领域已经拥有较为完善且日益更加完备的体系。之所以如此，是因为我们试图服务于每一位客户、每一项工作负载以及每一种应用场景。从那种对功耗和封装外形尺寸要求极高的超薄型桌面应用，一直到对AI应用而言需要最高性能内存集成的场景，我们都要覆盖。因此总体而言，英特尔需要有一个完整的封装路线图规划。”

在Navid Shahriari职业生涯刚刚起步时，甚至到15年之前，封装的作用基本上就是进行引脚间距转换，这其中不仅设计间距的微缩，同时也要考虑微缩的成本缩减。

而现在，封装所扮演的角色已经截然不同。在Navid Shahriari看来，未来的十到二十年里，先进封装技术在半导体领域中将发挥比其它任何技术都更为重要的作用。这是因为，当审视先进制程节点时，无论是对英特尔自身而言，还是对众多生态系统参与者来说，如台积电、三星等其它制造厂商来说，虽然晶体管微缩仍在继续，但变得越来越复杂和昂贵。微缩的难度和成本在行业中已被广泛提及。此外，有些电路和功能类型（如密集逻辑）可以快速微缩，而像模拟电路和存储器这样的组件微缩速度较慢，它们的微缩路径也截然不同。

因此，在先进制程节点上制造出一个集成所有组件的设备变得越来越复杂，因为这些先进制程尚未成熟到令人满意的水平。这些原因趋势我们进入了一个可以进行混合搭配的时代，也就是异构封装。例如，如果你的存储控制器基于某一制程，那么可以在产品迭代时让它继续基于该制程。如果你需要模拟电路，也希望让它们保持在特定制程上，那么现在可以继续保留它们，并且或许可以在当前制程的前一代或前两代上对它们进行优化。

这样做成本更低，只需选取能够受益于制程微缩的模块即可。而过去却无法这样做，因为集成大量组件太复杂，功耗太高，导致封装体积过大。但随着技术的进步和现有封装材料的发展，这些限制显著减少，这就是为什么先进封装正成为行业前沿的原因。

此外随着产量增加，成本会进一步降低，裸片或者裸片堆叠的体积也会变得更小，同时可以先测试，确保性能良好后再通过先进封装工艺中进行组装。这就是先进封装路线图的最终目标所在，而之所以需要多种封装形式，原因在于如果试图构建一个封装，它包含十二层堆叠的高性能芯片，结构非常庞大复杂，甚至可能还带有一个用于功能扩展的共封装光学（CPO）器件，那么就需要通过EMIB、EMIB-T这样的技术，在基板内通过一些尺寸非常小的元件进行封装，然后把两三个裸片集成在一起。之后，当需要进行再布线时就是Foveros 3D先进封装技术的用武之地，在Foveros技术中，可以采用无源中介层，也可以采用有源中介层，然后只需进行几次再布线，就能实现引脚间距的调整。

·Panther Lake会有怎样的预期？

英特尔下一代处理器Panther Lake不仅是Intel 18A先进制程的首秀，同时也是英特尔先进封装技术的舞台。Navid Shahriari认为，“在Panther Lake采用18A工艺的背景下，与上一代客户端产品进行比较，你会看到大约15%的性能提升，同时在晶体管密度上也有显著的改进。总体来看，在PPAC（功耗、性能、面积和成本）方面，Intel 18A是一个极具吸引力的节点。”

·结语

在过去几年里，随着先进封装技术的发展，它正在全球范围内成为趋势。英特尔在全球范围内有着成熟的制造、封装和测试设施，如中国成都、越南波城、马来西亚槟城，欧洲的波兰和北美的哥斯达黎加等地也有封装、测试设施，而且这些设施目前仍然活跃，处于高量产状态。英特尔同时也具备数据中心服务器和客户端产品等所有晶圆代工的封装能力。

因此，英特尔打造了多元且具有韧性的全球供应链，能够根据客户需求灵活扩展多个厂区的运营规模，这将成为英特尔未来发展的关键优势。正如CEO陈立武所言，“我们现在的任务是运用这些优势，以全新的方式来满足市场需求。我们需要做得更好，让大家能更轻松地使用我们的技术。”