最近中芯國際的人事風波成為城中熱話！半導體行業是少數精英的金權遊戲，卻主宰大多數人的生活。筆者無意重覆大家耳熟能詳的劇情，先利申手上沒有一股中芯國際，僅想談談人事風波背後透視的 CPU 技術發展之爭︰先進封裝 vs 製程。

製程發展陷入報酬遞減

高科技的發展是一項高風險技術，其回報是否物有所值呢？會否血本無歸呢？無可否認，在 12/14nm 製程之下，廠商開始質疑 7nm 投資價值的問題。如 GlobalFoundries 在 2018 年決定停止研發 7nm 製程，便是很好的例子。而進入 5nm 製程後，新製程的報酬遞減 ( Diminishing returns ) 問題愈見嚴重。網上傳聞，TSMC 的 5nm 製程複雜，其中有 14 層便需要採用昂貴的 EUV 技術，導致 5nm 晶圓的代工費竟比 7nm 時多 80% 以上，令廠商為之卻步。即使理論上同一產品在 5nm 晶圓可以切割的成品較 7nm 時多，但已令業界開始關注日後的 3nm 及 2nm 製程風險控制之問題。

Intel 及 AMD 已開始轉向先進封裝發展

Intel 長期執全球半導體廠商之牛耳，儘管在製程上落後 TSMC ，但對於各項半導體技術的研發上不遺餘力，要數近年來應用先進封裝技術的代表作，當數 Lakefield (產品型號為 Core i5-L16G7 ) 的 Foveros 3D 封裝技術。顧名思義， Foveros 3D 封裝技術採用了 3D 封裝，較傳統的 2.5D 封裝可輕易集成數倍的功能，甚至包括不同製程 ( 10nm 及 22nm ) 的晶片於一身。以 Lakefield 為例，即堆疊了 5 個不同的功能模組，以硅穿孔 ( TSV, Through Silicon Via ) 互相連接。從上至下分別為 In-package DRAM、Compute、Foveros、Base 及 Package，功能分別為︰

In-package DRAM

即 DDR4 記憶體， Lakefield 支援最大 2x 4GB = 8GB DDR4 記憶體。另為了維持晶片厚度，其高度被限制在 1mm 以內。

Compute

最重要的單元，包括以 10nm 製程打造的 CPU 核心及繪圖核心等功能。

Foveros

作用是連接 Compute 及 Base 模組，也是 Foveros 3D 封裝技術的靈魂所在。設計以高頻寬、低功耗為主，既可作 Power Delivery，又具一定的散熱功能。

Base

Lakefield 採用代號 P1222 Base 晶片，以 22nm 製程打造，包括晶片組、 Power Delivery 及 Low Power Logic 等功能。

Package

一般 CPU 皆有封裝基板，而 Lakefield POP 最大的特色是尺寸較一般為小，僅有 12mm x 12mm ，而且厚度只有 1mm。

作為首款採用 Foveros 3D 封裝技術的產品， Lakefield 以縮小尺寸為主，實驗意味濃厚，又因為內建 CPU 性能一般，所以市場反應並不算好。在 Intel Architecture Day 2020 中， Intel 表示正著手開發下一代的封裝技術。下一代技術計劃把 Pitch 密度縮小 5 倍，從 50um 變成 10um，而 bumps/mm² 從 400 變成 10000 ，該技術的實驗樣品已於今年第二季成功流片 ( Tape Out )，有望在 Lakefield 下一代的版本 Alder Lake 高性能 CPU 中實現。

除了 Intel 外， AMD 及 NVIDIA 等等廠商也在開發先進封裝技術。目前 AMD Ryzen 3000/5000 CPU ，即採用 Chiplet 多晶片模組技術。此技術屬於 2.5D 封裝技術，技術風險較低。通過在同一封裝上集成 CCD (CPU Core + Cache) 、 IOD （記憶體控制器及晶片組功能），可以混合採用 7nm + 12nm 製程晶片，更容易針對專業及家用市場開發不同功能的版本。

先進封裝技術有助大陸突破技術封鎖

先進封裝技術與製程並不是處於敵對的關係，而是屬於一種互補的關係。不過大陸半導體技術普遍落後於西方國家，中國電子發燒友網電子產業分析師 Kevin Cheng 即不諱言，大陸半導體廠商以小型公司為主，技術基礎不強，難與國外大公司相比。時在美國多番限制高科技出口中國大陸，市場最悲觀的看法是如果除去美國技術，中芯國際的製程被迫退回 40nm ，即使能守住目前的 14nm 技術，在不能保證購得 EUV 光刻機的情況下，發展 7nm 以至更進步的 5nm 及 3nm 技術也舉步維艱，此時把發展重點改到先進封裝技術，未嘗不是一個平衡風險的做法。