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通 過實現(xiàn)半導(dǎo)體的微型化，并在更小的空間內(nèi)集成它們，可以顯著降低信號傳輸?shù)难舆t時間。同時，信號傳輸所需的充放電和驅(qū)動能力也隨之減少，進而達到降低能耗的目的。
在過去的十年中，將處理器與內(nèi)存集成至單一封裝內(nèi)的技術(shù)，如MCP（多芯片封裝）、SIP（系統(tǒng)級封裝）和POP（封裝疊層技術(shù)），在消費電子領(lǐng)域（尤其是智能手機和相機）以及汽車領(lǐng)域（特別是在信息娛樂系統(tǒng)中）獲得了廣泛的應(yīng)用。 與采用獨立封裝的產(chǎn)品相比，將兩片或多片硅片組合并封裝在一起，無論是在平放還是堆疊配置下，都能實現(xiàn)更小的體積。 最終，封裝內(nèi)部的布線結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜化（具體而言，這包括了成本增加的因素，如封裝內(nèi)部布線層數(shù)的提升以及布線寬度和空間的縮減）。此外，由于位擴展、通道數(shù)量的增加、電源加固等因素，封裝端子的數(shù)量顯著增多，封裝端子的球尺寸也顯著減小。 截至2024年，chiplet（小芯片）一詞在半導(dǎo)體行業(yè)新聞中頻繁出現(xiàn)。據(jù)稱，小芯片的優(yōu)勢在于其能夠以較小的體積存儲硅，并以可擴展的方式進行部署。然而，這可能會導(dǎo)致硅面積的增加，并且增加制造小芯片的工作量，這些小芯片需要能夠作為單個硅芯片，甚至作為具有良好市場表現(xiàn)的系統(tǒng)級封裝（SIP）來使用。
圖1展示了2024年2月發(fā)布的“Apple Vision Pro”所搭載的真實圖像（及音頻）處理器“Apple R1”。如圖所示，該處理器采用了由11個硅片組成的chiplet架構(gòu)。初看之下，似乎僅有11個硅電容，然而在拆解后可以發(fā)現(xiàn)，電路表面實際上嵌入了額外的硅電容，共計17個，這些電容負責(zé)提供穩(wěn)定的電源供應(yīng)。
這種設(shè)計體現(xiàn)了對硅片的精妙布局。通過將處理器、多層存儲器以及有助于提升性能的電容器等關(guān)鍵組件分解為更小的芯片，實現(xiàn)了功能與性能的優(yōu)化。這一小型化過程使得這些芯片完美地契合于“Vision Pro”的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 圖1:2024年2月發(fā)布的Apple Vision Pro處理器“R1”來源：Tekanarie Report 圖2揭示了蘋果公司在2024年9月推出的第十代智能手表Apple Watch Series 10內(nèi)部的SIP（System In Package）封裝結(jié)構(gòu)。
自Apple Watch的初代產(chǎn)品起，蘋果便采用了SIP技術(shù)，并在第十代產(chǎn)品中維持了與前代相似的尺寸，同時實現(xiàn)了功能的增強。該封裝內(nèi)大約包含20片硅片。其功能與兩三代前的智能手機相當(dāng)，包括通信、傳感器、處理器、內(nèi)存和接口等，然而其體積僅相當(dāng)于一枚500日元硬幣。 通信功能涵蓋了LTE、UWB、Wi-Fi、藍牙、NFC等，幾乎囊括了日常生活中所需的所有通信方式。大約一半的核心功能由蘋果公司采用其自研芯片實現(xiàn)。蘋果在2019年收購了英特爾的LTE廣域調(diào)制解調(diào)器業(yè)務(wù)部門，目前已發(fā)展成為一家全面擁有自主通信半導(dǎo)體技術(shù)的芯片制造商。 蘋果自家研發(fā)的5G半導(dǎo)體預(yù)計將在2025年集成到產(chǎn)品中（盡管預(yù)計仍會與高通芯片并用）。得益于功能與性能的均衡，Apple Watch無需采用Chiplet技術(shù)。 圖 2：Apple Watch Series 10 中安裝的 SIP內(nèi)部 來源：Tekanarie Report
圖3展示了蘋果公司于2024年9月推出的第四代無線耳機“AirPods 4”。該系列耳機分為兩款，一款具備主動降噪（ANC）功能，另一款則不具備。盡管兩款型號在內(nèi)部配置上保持一致，但它們的構(gòu)造卻各有特色。
其內(nèi)部結(jié)構(gòu)由驅(qū)動單元、電池以及系統(tǒng)級封裝（SIP）構(gòu)成。SIP內(nèi)部巧妙地集成了八個硅膠組件和一個振蕩器。此外，它還整合了五個核心半導(dǎo)體組件：存儲器、模擬電路、傳感器、通信模塊、處理器以及電源管理單元。
兩款耳機在功能上存在細微差異，但得益于市場上通用芯片的存在，通過采用SIP技術(shù)，相較于傳統(tǒng)設(shè)計，其體積可縮減至約八分之一。可以肯定的是，若無SIP技術(shù)的運用，高級無線耳機的誕生將無從談起。
圖3：AirPods 4主板 來源：Tekanarie Report 表1展示了Apple、Sony以及Samsung Electronics推出的高端無線耳機產(chǎn)品。這些產(chǎn)品均采用了系統(tǒng)級封裝（SIP）技術(shù)。SIP技術(shù)集成了多種芯片，包括但不限于通信、處理器、存儲器、供電系統(tǒng)以及電池系統(tǒng)等。
除了硅芯片的應(yīng)用，封裝技術(shù)的進步對于先進無線耳機的實現(xiàn)同樣至關(guān)重要。中國的半導(dǎo)體制造商同樣采納了SIP技術(shù)。 預(yù)計到2024年，將有4至5片硅芯片封裝于單一封裝內(nèi)，并進行高級處理的情況將顯著增長，這一點在Anker和華為的產(chǎn)品中尤為明顯。封裝技術(shù)不僅是無線耳機領(lǐng)域技術(shù)競爭的核心，也是推動行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。 ? 表1：高端耳機中使用的SIP 來源：Tekanarie Report
圖4展示了英特爾2024年發(fā)布的新系列PC處理器Core Ultra。英特爾已連續(xù)發(fā)布了三個 Core Ultra 系列（Meteor Lake、Lunar Lake、Arrow Lake，所有開發(fā)代號），并且都具有結(jié)合硅的小芯片配置。由于所有三個系列均適用于 PC，因此預(yù)計它們將擁有大量通用芯片。
圖4：Intel Core Ultra的三種類型 來源：Tekanarie Report 表2概述了英特爾酷睿Ultra 3系列芯片的種類。該表未包含不具備功能晶體管的填充硅。英特爾目前正致力于開發(fā)12種不同類型的芯片，以構(gòu)建這三個系列。這些芯片包括采用臺積電不同工藝技術(shù)（3nm/5nm/6nm）的功能芯片，以及用于布線和供電的硅中介層，部分芯片源自英特爾自身的晶圓制造設(shè)施。
正如“Chiplet”一詞所指，它代表了一個“混合組件”的集合。在表中，僅有一種硅膠（以淺藍色標示）實現(xiàn)了標準化。此外，存在兩種類型的小芯片，即“智能Chiplet”和“臨時Chiplet”。目前，英特爾酷睿Ultra系列應(yīng)被視為臨時的Chiplet。 表2：三種Core Ultra的比較 來源：Tekanarie Report 圖5展示了2023年英特爾酷睿系列的最終產(chǎn)品——英特爾酷睿i9處理器14900K、Arrow Lake與AMD計劃于2024年第三季度推出的銳龍9000X系列的對比分析。
相較于采用單一硅片制造的14900K，采用Chiplet設(shè)計的Arrow Lake在硅片面積上需求翻倍，原因在于其底層硅中介層的面積亦有所增加。鑒于硅片面積與成本成正比，面積的成倍增長可被視為在硅材料使用上的倒退而非進步。 相對而言，AMD采取了更為精明的chiplet策略，僅對CPU芯片進行增減，通過chiplet技術(shù)區(qū)分不同性能等級的產(chǎn)品。 圖5：Intel“Raptor Lake”和“Arrow Lake”與AMD“Ryzen 9000X系列”的硅片面積對比 圖6揭示了2022年之后主要半導(dǎo)體制造商在超高性能芯片領(lǐng)域的現(xiàn)狀。每家企業(yè)均采用其獨特的制造工藝，然而在封裝過程中，它們普遍采用包含大量硅片的設(shè)計。
CoWoS（晶圓上芯片封裝技術(shù)）亦得到應(yīng)用，有的企業(yè)完全采納該技術(shù)，而有的則對其進行了部分調(diào)整。值得注意的是，各企業(yè)所采用的方法不盡相同。
實際上，許多技術(shù)并未在學(xué)術(shù)會議或企業(yè)宣傳中公開，但通過拆解分析，這些技術(shù)的原理便能被輕易理解。 ?
圖6：主要半導(dǎo)體廠商的超高端芯片 來源：Tekanarie Report 圖7顯示了2024年發(fā)布的智能手機和PC使用InFO（集成扇出）技術(shù)的處理器的端子和硅電容器的數(shù)量。未來，將功能和特性整合到封裝中將成為主流。 ? 圖 7：使用硅電容器的芯片示例 來源：Tekanarie Report 來源：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫編譯自eetimes 歡迎將我們設(shè)為“ 星標 ”，這樣才能第一時間收到推送消息。 關(guān)注“汽車開發(fā)圈” ，回復(fù)“ Auto ”， 免費領(lǐng)Autosar 入門與實踐資料包！
