前沿與後摩爾時代

矽中介層(a silicon interposer)

如果小晶片是你想組裝成一個產品的好幾顆小晶片,你就需要某個東西來把它們裝上去,讓它們能用非常精細、密集、快速的佈線互相交談。一般電路板太粗了——它的導線又大又疏,像鄉間道路,拿來連接整個元件還行,但對小晶片所需的成千上萬條緊密連接卻無能為力。矽中介層是一塊特別的基底層,它本身用矽製成,墊在好幾顆小晶片底下,在它們之間承載密集、晶片等級的佈線。小晶片坐在中介層上,中介層坐在封裝上:這些晶片仍是並排、而非堆疊,這就是為什麼這常被稱為「2.5D」——比扁平的 2D 多,但還不是 3D 那座完整的垂直高塔。

為什麼偏偏要用矽?因為你能在矽上以和晶片本身一樣細到不可思議的間距蝕刻導線——遠比電路板所允許的更細、更密。因此中介層能在相鄰小晶片之間承載數萬條又短又密的連接,給它們幾乎相當於單體晶粒才有的頻寬,同時它們仍是各自分開、各自製造的部件。中介層也把電力往上送到小晶片、把訊號往下送到底下的封裝,常用矽穿孔讓連接垂直穿過它自己。

中介層是小晶片時代沉默的英雄:正是它讓去整合化變得可行。如果沒有辦法把小晶片密集地接在一起,把晶片拆成片段反而會癱瘓那些片段之間的通訊。誠實的取捨是成本——一塊大的矽中介層本身就是一片昂貴的矽,製造起來也增加面積與組裝步驟。這就是為什麼這個領域也在探索更便宜的替代方案,例如只在兩顆小晶片相接處嵌入小小的矽「橋」,而不是在所有東西底下放一大塊中介層。中介層上的 2.5D 和 3D 堆疊,是同一個先進封裝工具箱裡互補的工具。

一顆 GPU 與它的高頻寬記憶體堆疊並排裝在同一塊矽中介層上。中介層在相距僅幾毫米的 GPU 與記憶體堆疊之間承載成千上萬條密集導線,送出 GPU 所需的龐大頻寬——這是佈線粗糙的一般電路板永遠提供不了的。

中介層是一塊帶有晶片級精細佈線的矽基底,用來連接並排的小晶片——這就是 2.5D,介於扁平與堆疊之間。

2.5D(小晶片並排在中介層上)和 3D(小晶片垂直堆疊)不是同一回事。中介層讓晶片保持扁平卻把它們密集佈線;它解決了去整合化的通訊問題,但一塊大中介層本身就是一片昂貴的矽。

又稱
interposer2.5D integrationsilicon bridge矽中介層中介層2.5D 整合