說起芯片制造，大家都知道制程工藝的重要性，這是芯片行業的根基，不過隨著半導體工藝越來越復雜，提升空間越來越小，而人們對于芯片性能的追求是永無止境的，尤其是進入新的AI時代之后。

這個時候，封裝技術的重要性就愈發凸顯了，不但可以持續提高性能，更給芯片制造帶來了極大的靈活性，可以讓人們進化隨心所欲地打造理想的芯片，滿足各種不同需求。

Intel作為半導體行業龍頭，半個多世紀以來一直非常重視封裝技術，不斷推動演化。

最近，Intel先進系統封裝與測試事業部副總裁兼總經理Mark Gardner就特意分享了Intel在封裝技術方面的最新成果與思考。

在以往的SoC單芯片時代，封裝技術往往不被在意。

隨著近些年chiplets芯粒的興起和流行，封裝技術變得至關重要，芯片的復雜度和優化也呈現指數級增長。

比如在一個AI加速器中，一個封裝內會集成多個芯片，包括但不限于CPU計算模塊、GPU加速模塊、HBM高帶寬內存和其他各種IP，需要將它們以最合理的方式整合在一起，各自發揮最大性能，還得做到高帶寬、低延遲的互聯。

這就讓封裝技術真正走向前臺，成為行業焦點。

說到封裝技術，Intel應該是最不陌生的，悠久的歷史上經歷了諸多演變。

早在20世紀70年代，微處理器發展初期，使用的還是Wire-Bond引線鍵合封裝技術，包括QFP方形扁平、QFN方形扁平無引腳，因為那時候的芯片非常簡單，甚至可以手工絲焊，直到現在一些簡單芯片也在使用。

90年代的奔騰處理器，用上了倒裝鍵合、陶瓷基板的組合，后來又發展出了有機基板，以及初步的多芯片整合封裝。

最近幾年，Intel處理器的封裝技術開始多點開花，EMIB 2.5D、Foveros 3D、EMIB 3.5D、Foveros Direct 3D等各種方式層出不窮，經常還會混合搭配使用，從而制造更加復雜、強大的芯片。

這些技術并非一朝一夕之功，而是長期發展的結果，比如基于EMIB 2.5D的首個產品Kaby Lake-G已經投產將近十年了，它也是唯一一款集成了AMD核顯的Intel處理器。

另外，Intel近期還提出了玻璃基板(Glass Substrate)、玻璃核心(Glass Core)，目前仍在推進中，計劃在本世紀20年代后半期推出(也就是2025-2030年間)，作為整體平臺的一部分。

Intel認為，玻璃核心的關鍵在于持續擴展，包括微凸點技術、更大的基板尺寸、增強的高速傳輸等。

在新的形勢要求下，Intel Foundry代工增加了系統級架構和設計服務，與產品部門深度合作，不斷提出更先進、更高效的封裝技術，再反哺給產品設計與制造。

比如幾年前的數據中心GPU Max(代號Ponte Vecchio)，就使用了多達5種不同制造工藝，封裝了多達47個不同模塊，耗費了1000億規模的晶體管。

這就是Intel代工完整的先進封裝產品組合。

最左邊是FCBGA(倒裝芯片球柵陣列封裝)，有兩種不同的版本：FCBGA 2D、FCBGA 2D+。

其中，FCBGA 2D就是傳統的有機FCBGA封裝，仍在量產中，非常適合低成本的簡單產品，不需要高速I/O或芯片間高帶寬連接。

FCBGA 2D+增加了基板層疊技術(Substrate Stacking)，適合芯片本身不復雜，但是主板連接部分尺寸較大的產品，成本更優，尤其是在網絡和交換設備領域。

中間的是EMIB(嵌入式多芯片互連橋接)，也有兩種版本：EMIB 2.5D、EMIB 3.5D。

EMIB 2.5D面向單層芯片，也可以進行HBM堆疊，芯片通過基板上的微型硅橋實現連接，適合高密度的芯片間連接，在AI和HPC領域優勢顯著。

EMIB 3.5D引入了3D堆疊技術，芯片堆疊在一個有源或無源基板上(比如中介層)，更加靈活，比如某些IP模塊因為對互聯距離、延遲的高要求，不適合水平連接，就得垂直堆疊。

最右邊是Foveros，可以細分為兩個版本：Foveros 2.5D、Foveros 3D、Foveros Direct 3D。

其中，Foveros 2.5D/3D和EMIB 2.5D/3.5D類似，可以與其他中介層技術結合使用(3D更強調垂直堆疊)，不同之處在于采用基于焊料的方式連接芯片與晶圓，而不是基底連接，適合高速I/O與較小芯片組分離的設計。

值得一提的是，EMIB 2.5D可以非常順暢地轉換到EMIB 3.5D。可以把已經定義、設計和制造的GPU或者HBM芯片采用EMIB 2.5D技術集成，然后無需改變任何設計，就可以再將其集成到EMIB 3.5D封裝的單元上。

Foveros Direct技術則進一步采用銅-銅直接鍵合，而不是焊料與焊料的連接，因此可以實現最高的帶寬、最低的功耗。

事實上，這些封裝技術都不是獨立的，往往并非單一存在、彼此排斥，尤其是AI和HPC產品經常結合使用多種技術，比如可能會采用Foveros Direct 3D，同時與HBM連接，最終形成EMIB 3.5D封裝。

這些封裝技術并非停留在路線圖上，而是現實，已經落地商用，有些更是用了多年，涉及多代產品。

但是不同的芯片如何選擇最適合的封裝技術，仍然是一個難題，比如為什么說EMIB是AI芯片的理想選擇？有哪些優勢？上邊這張圖就可以給出答案。

EMIB 2.5D與硅中介層(Si Int)、重布線層(RDL)中介層等其他2.5D封裝技術相比，第一個優勢就是最低本。

從圖中可以看到，EMIB橋接是一種非常小的硅片，可以高效利用晶圓面積，利用率往往超過90％，而其他中介層技術因為是大型封裝結構，會造成很大的晶圓面積浪費，利用率可能只有60％左右。

尤其是擴展到更大面積的芯片復合體時，EMIB的成本優勢會呈指數級增長。

第二個優勢是最的良率，第三個優勢是最快產周期，二者緊密相連。

它不需要晶圓級封裝，或者叫芯片對晶圓(Chip-on-Wafer)，這包括將頂層芯片附著到晶圓上，涉及模具、凸點等多個工藝步驟，不但增加了良率損失的風險，所需要的步驟和時間也更長，往往得多花幾個星期的時間。

在如今變化多端的市場形勢下，如果能提前幾周獲得樣片，并進行測試和驗證，對于客戶來說是極具吸引力的。

第四個優勢源于硅橋嵌入基板的特性，可以匹配更大的遮罩(Reticle)。

制造基板時，實際上是在一個大的方形面板上進行，能夠極大地提高面板利用率，而基板尺寸與面板相匹配，可擴展性更好，可以適應大型復雜封裝的需求。

對于AI芯片來說，肯定都希望在一個封裝中集成更多的HBM，容納更多的工作負載。EMIB 2.5D就能很好地滿足。

第五個優勢是多樣化的供應鏈支持。

EMIB為客戶提供了更多的靈活性和選擇權，而且它已經應用了近十年，擁有成熟的技術和供應鏈。

Intel一直是2.5D封裝的領導者，擁有龐大無比的產能。

第三方數據顯示，Intel EMIB 2.5D、Foveros 2.5D封裝的總產能，對比行業晶圓級先進封裝的總產能，規模領先2倍以上。

因此，無論客戶有多么急迫、多么大規模的產能需求，Intel都可以輕松滿足。

迄今為止，Intel已經完成了超過250個2.5D封裝設計項目，既包括Intel自己的產品，也包括第三方客戶的產品，涵蓋幾乎所有領域。

對于復雜封裝而言，測試和驗證也是至關重要的一環。

畢竟，當一顆芯片內封裝了四五十個不同模塊的時候，哪怕只有一個不合格，也會導致整體報廢。

所以，不能等待整顆芯片封裝完成之后再進行測試，那樣風險就太高了。

Intel開發了一種名為"裸片測試"(Die Sort)的技術，將一整塊晶圓切割成一個個單獨的裸片，在組裝到基板上之前就進行分類和測試。

由于裸片面積很小，加熱和冷卻都可以非常快速、精確，一兩秒就能變化約100攝氏度。

這種精確的熱控制，使得過去只能在最終測試階段做的工作，提前到了裸片測試階段，從而更早地發現缺陷、及時糾正，進而顯著提高生產效率與良品率。

裸片在基板上堆疊完成之后、整體封裝完成之前，Intel還可以進行一次"堆疊芯片測試"(Stacked Die Sort)，進一步測試與驗證功能、性能的完整性。

以一顆包含多個不同模塊、采用3D堆疊技術的復雜AI加速器為例，看一下Intel的多種封裝、測試技術是如何協同工作的。

首先，EMIB可以替代傳統的大型、昂貴的中介層或橋接器，從而降低成本，提高生產效率、良品率。

EMIB有一個很關鍵的點叫做熱壓鍵合(Thermal Compression Bonding)，可以讓裸片更高效地組裝到基板上。

EIMB可以結合Foveros Direct技術，包括3D混合鍵合(3D Hybrid Bonding)，獲得最佳優化封裝組合。

接下來是超大封裝(Large Packages)，Intel目前正在開發120×120毫米的封裝尺寸，預計未來一兩年就能量產，而且不會止步于此。

不過，隨著封裝尺寸越來越大，很容易出現明顯的翹曲(Warpage)問題——NVIDIA Blackwell就不幸遇到了。

為此，Intel引入了一系列創新技術，結合熱優化，從而能夠在翹曲情況下依然進行板級封裝(Board Assembl)。

然后是硅片與封裝協同設計(Silicon Package Co-Design)，以及模擬裸片測試(Simulated Die Sort)，它們共同打造了差異化的AI產品。

最后，Intel代工自獨立以來，已經調整了策略，從而提供更靈活的代工服務。

比如，客戶可以只選擇Intel代工的EMIB技術或封裝服務，芯片部分則交給其他代工廠。

比如，客戶可以只需要Intel代工的裸片測試方案，同樣能單獨提供。

Intel代工在晶圓制造層面也采取了相同的策略，可以靈活地根據客戶需求，提供最有價值的服務。

事實上，Intel與臺積電、三星等其他代工廠雖然有競爭關系，但其實一直存在密切合作，制定了互相兼容的設計規則，以確保其他代工廠生產的晶圓，可以兼容Intel代工的封裝技術，從而為客戶提供更多選擇，使其能夠自由地綜合使用不同代工的技術。

Intel還透露，AWS亞馬遜云、思科都已經成為Intel代工的封裝服務客戶，合作主要集中在數據中心服務器、AI加速器產品領域。