先进封装成破局，博通率先落地3.5D，6000mm²超大集成

电子发烧友网报道（文/莫婷婷）在全球AI算力需求呈指数级爆发、传统摩尔定律逐渐失效的背景下，先进封装技术成为突破算力瓶颈的关键钥匙。就在近日，博通（Broadcom）宣布已开始向客户交付业界首款基于其3.5D超大尺寸系统级封装（XDSiP）平台打造的2纳米定制计算SoC。随着博通新品的交付，3.5D时代也加速到来。

重新定义维度：什么是3.5D XDSiP？
先进封装技术包括2.5D集成和3D集成等。

2.5D封装（如CoWoS）通过硅中介层将芯片并排连接，提升了带宽，实现了高速互连，但受限于中介层面积和布线长度，信号延迟和功耗依然是挑战。

3D封装（如3D同质集成和3D异质集成）能通过微凸块或混合键合等方式实现多颗芯片的垂直堆叠，极大缩短互连距离，但在散热、良率及超大尺寸集成上面临巨大工艺难度。

图：盛合晶微SmartPoser®-3DIC-BP技术平台

尽管先进封装仍面临严峻的工艺挑战，但其带来的性能优势均不言而喻。正如盛合晶微在招股书中所述，以三维芯片集成（2.5D/3DIC）为代表的芯粒多芯片集成封装可以突破单芯片1倍光罩的尺寸限制，实现2倍、3倍光罩甚至更大尺寸范围内，数百亿甚至上千亿个晶体管的异构集成。

正因如此，面对这些技术壁垒，以盛合晶微为代表的国内封装领军企业正持续加大研发投入，全力攻克关键难题。

而作为全球领先的半导体解决方案供应商，博通提出3.5D XDSiP（eXtreme Dimension System in Package）技术，从架构上实现突破。

根据介绍，3.5D XDSiP技术是一款创新的多维堆叠芯片平台，结合了2.5D的大面积互联优势与3D-IC的垂直堆叠效率。区别于传统的3D堆叠多采用“背对面”（Face-to-Back, F2B）或微凸块（Micro-bump）连接，其采用的是业界首创的面对面（Face-to-Face, F2F）3D混合铜键合技术，并且推出了推出业内首款面对面（F2F）3.5D XPU，使消费级AI客户能够开发下一代定制加速器（XPU）并计算ASIC。

博通3.5D XDSiP主要有以下四大优势：一是增强互联密度，与F2B技术相比，叠加芯片间的信号密度提升了7倍。二是能源效率高，3.5D XDSiP采用3D HCB取代平面芯片对芯片PHY实现芯片对芯片接口的功耗10倍降低。三是延迟低，最小化3D堆栈中计算、内存和I/O组件之间的延迟。四是中介器和封装尺寸更小。

图：博通3.5D XDSiP技术平台

3.5D XDSiP平台实现了超大尺寸集成，在单一封装内集成超过6,000平方毫米的3D堆叠硅片，以及多达12个HBM（高带宽内存）堆栈。公开资料显示，在XPU开发中，当前采用2.5D封装的最先进AI芯片，其集成能力上限约为2,500平方毫米的硅面积和8颗HBM。这意味着，博通的新技术将芯片集成密度与内存带宽容量提升了逾一倍。

图：博通3.5D XDSiP技术平台

先进封装技术群雄逐鹿，博通百万颗销量预言
人工智能的爆发式发展产生了对芯片算力的巨大需求，尤其是 ChatGPT等多模态大模型训练所需的算力每3个月到4个月便增加一倍，远超摩尔定律下芯片运算性能每18个月到24个月提高一倍的速度。

业内人士普遍认为，高算力芯片在前段先进工艺晶圆制造之外，亟需更加快速、更具持续性的性能提升。先进封装技术的创新变革带来了新的突破点。

当前，全球半导体巨头均在布局下一代封装技术。台积电力推CoWoS-L与SoIC组合，预计今年年底SoIC产能将扩增至2万片规模；英特尔深耕Foveros 封装技术，包括 Foveros 2.5D、Foveros-R 和 Foveros Direct 3D；三星发力2.5D/3D封装，I-Cube。博通则是在2024年底就高调发布了3.5D XDSiP平台，历时两年，完成了从“技术发布”到“商业交付”的闭环。

训练生成式AI模型所需的巨大计算能力依赖于10万个庞大的集群，这些集群可增长到100万个XPU。这些XPU需要对计算、内存和I/O能力的日益复杂集成，以实现必要的性能，同时最大限度地减少功耗和成本。同时，随着新型且日益复杂的大型语言模型的问世，其训练需要三维硅片堆叠以提升尺寸、功耗和成本。

博通公司表示，F2F 3.5D XPU集成了四个计算芯片、一个输入输出芯片和六个硬件模块，利用台积电的尖端工艺节点和2.5D CoWoS封装技术。3.5D XDSiP技术允许计算、内存和网络I/O在紧凑型中独立扩展，实现高效、低功耗的大规模计算，提供了支持大规模人工智能所需的最先进、优化的SiP解决方案。

博通产品营销总裁Harish Bharadwaj透露：“博通预估2027年前将至少卖出100万颗基于3D堆叠技术的芯片。”

在2024年，博通表示，已有五款采用该技术的产品正在开发中。此次交付的首款产品——富士通FUJITSU-MONAKA处理器面向数据中心和超级计算等领域。

小结：

当下，半导体行业供应链多元化，在英伟达GPU供不应求的背景下，云巨头们急需高性能芯片企业的核心竞争力不仅仅来自缩小晶体管尺寸来提升性能，“系统级协同优化”也将成为核心竞争力之一。可以期待，先进封装技术将带来AI算力架构的一次维度跃迁，并持续支撑未来万亿参数大模型落地。