3D IC助攻移動(dòng)處理器效能再上層樓

　　移動(dòng)裝置市場(chǎng)火熱發(fā)展，刺激3D IC快速起飛。尤其在移動(dòng)裝置增添裸視3D、擴(kuò)增實(shí)境等功能，以及照相機(jī)像素與高畫(huà)質(zhì)影像分辨率規(guī)格不斷提升下，目前1.5GHz處理速度的處理器已面臨瓶頸，促使芯片業(yè)者采取3D堆棧技術(shù)整合DDR3內(nèi)存，以進(jìn)一步提高效能。

　　近期智能型手機(jī)又更有進(jìn)一步的新發(fā)展，如美國(guó)CTIA無(wú)線通訊科技展中，臺(tái)灣宏達(dá)電新機(jī)HTC EVO 3D正式問(wèn)世。該智能型手機(jī)為宏達(dá)電首款采用高通(Qualcomm)1.2GHz處理器，并具備裸視三維(3D)影像的Android 2.3操作系統(tǒng)手機(jī)，配備500萬(wàn)像素3D雙鏡頭，以及130萬(wàn)像素前視頻鏡頭，支持720p高畫(huà)質(zhì)3D和2D影片錄制。

　　無(wú)獨(dú)有偶，韓系手機(jī)大廠樂(lè)金(LG)與三星(Samsung)也陸續(xù)發(fā)表支持裸視3D的智能型手機(jī)。樂(lè)金Optimus 3D不僅讓使用者可拍攝3D影片并以裸視方式觀賞，還提供的完整3D體驗(yàn)，涵蓋3D錄像、3D影像觀賞與內(nèi)容分享。三星W960則配備主動(dòng)矩陣式有機(jī)發(fā)光二極管(AMOLED)3D顯示器，分辨率可達(dá)240×400像素，并內(nèi)建2D、3D轉(zhuǎn)換模式。

　　除了裸視3D外，擴(kuò)增實(shí)境(AR)亦為下一波手機(jī)內(nèi)建的創(chuàng)新功能;隨著智能型手機(jī)等移動(dòng)裝置納入越來(lái)越多的功能，同時(shí)既有功能規(guī)格也不斷提升，處理器的處理速度亦須不斷精進(jìn)，才能符合市場(chǎng)的需求。

　　有鑒于移動(dòng)裝置內(nèi)建的功能不斷增加，應(yīng)用處理器(AP)的效能亦須不斷提高，移動(dòng)裝置處理器大廠包括高通、德州儀器(TI)、意法愛(ài)立信(ST-Ericsson)等已開(kāi)始關(guān)注三維芯片(3D IC)技術(shù)，以期透過(guò)3D IC架構(gòu)在處理器上增加更多內(nèi)存容量，進(jìn)一步提升處理器效能。而處理器業(yè)者的關(guān)注，也讓3D IC的發(fā)展道路更加清晰。

　　臺(tái)灣工業(yè)技術(shù)研究院信息與通訊研究所設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)組組長(zhǎng)蒯定明表示，提高處理器效能的最主要的方式即增加內(nèi)存深度，因此現(xiàn)階段移動(dòng)處理器業(yè)者多以系統(tǒng)封裝(SiP)的方式將處理器與閃存(Flash Memory)整合，不過(guò)，這種設(shè)計(jì)方式，處理器速度最多僅能達(dá)到1.5GHz，若要進(jìn)一步突破處理器效能，則須改以堆棧動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存(DRAM)的設(shè)計(jì)方式，因此處理器廠商已開(kāi)始朝此方向邁進(jìn)。

　　雖然用SiP技術(shù)亦可達(dá)成處理器堆棧DRAM的設(shè)計(jì)，但其效果將不若采3D IC架構(gòu)的方案。蒯定明解釋，SiP是將要整合的芯片封裝后，再?gòu)姆庋b后的芯片旁邊打線連接到外部，此一方式的連接效能會(huì)受到連外打線延遲影響;若采用3D IC架構(gòu)，芯片間的聯(lián)系，與對(duì)外聯(lián)絡(luò)都可以直接透過(guò)芯片上的打線，可順利解決SiP的問(wèn)題。由于3D IC具備的優(yōu)勢(shì)較SiP佳，因此處理器廠商已開(kāi)始重視3D IC技術(shù)，并積極投入研發(fā)，對(duì)3D IC的發(fā)展而言將是很大的助力。

　　另一方面，主導(dǎo)DRAM的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)JEDEC提出的Wide I/O新規(guī)范中，開(kāi)宗明義表示該規(guī)范除了在DRAM上采用五百一十二根I/O接腳外，并強(qiáng)調(diào)支持3D IC架構(gòu)。臺(tái)灣工業(yè)技術(shù)研究院信息與通訊研究所設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)組技術(shù)組長(zhǎng)周永發(fā)指出，如此一來(lái)，移動(dòng)裝置處理器廠商若要導(dǎo)入DRAM以提高處理器整體效能，未來(lái)將不得不采用3D IC技術(shù)，這也是讓處理廠商開(kāi)始重視3D IC的主要因素。

　　蒯定明補(bǔ)充，JEDEC所提的新規(guī)范目前仍為草案階段，預(yù)計(jì)2012年底定，預(yù)期未來(lái)DDR4也可能采用。

　　嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，目前僅內(nèi)存已正式導(dǎo)入3D IC技術(shù)，相關(guān)業(yè)者如三星、爾必達(dá)(Elpida)均積極研發(fā)3D IC技術(shù)，但伴隨移動(dòng)裝置對(duì)于處理器效能與尺寸的要求越來(lái)越嚴(yán)苛，目前包括高通、意法愛(ài)立信、德州儀器和輝達(dá)(NVIDIA)皆已積極發(fā)展3D IC架構(gòu)，甚至聯(lián)發(fā)科也相當(dāng)關(guān)心3D IC技術(shù)的進(jìn)展。蒯定明認(rèn)為，在處理器業(yè)者的努力下，即使未來(lái)3D IC不會(huì)成為各種芯片產(chǎn)品必然采用的技術(shù)，但對(duì)其整體的發(fā)展仍將有相當(dāng)大的推動(dòng)力。

　　受到移動(dòng)裝置在外型尺寸上的持續(xù)輕薄化，以及更多元功能的發(fā)展，處理器廠商已開(kāi)始進(jìn)行更高整合度產(chǎn)品的研發(fā)，而提高處理器效能其中一種方法即為半導(dǎo)體先進(jìn)制程技術(shù)。安謀國(guó)際(ARM)策略營(yíng)銷處長(zhǎng)Ron Mooire表示，雖然系統(tǒng)單芯片(SoC)在每個(gè)制程世代的演進(jìn)中皆可持續(xù)縮小15%的芯片尺寸，但在低功耗與高速處理速度上將面臨極大的技術(shù)門(mén)坎，因此許多廠商開(kāi)始關(guān)注3D IC架構(gòu)的研發(fā)，如臺(tái)積電、三星與全球晶圓(GlobalFoundries)等。

　　3D IC可異質(zhì)整合更多種類的芯片，因此移動(dòng)裝置業(yè)者冀望透過(guò)處理器整合更多的DRAM，來(lái)提升效能。Mooire指出，由于摩爾定律已走到瓶頸，再加上SiP技術(shù)封裝組件的效能有限，因此移動(dòng)裝置主處理器業(yè)者在多方考慮下，即便未來(lái)仍將持續(xù)走到14納米制程，但3D IC將是其產(chǎn)品下一階段另一重要發(fā)展技術(shù)。

　　據(jù)了解，目前高通與德州儀器仍是采用SiP技術(shù)封裝處理器與內(nèi)存，預(yù)期未來(lái)將采用3D IC架構(gòu)。

　　安謀國(guó)際身為移動(dòng)處理器硅智財(cái)(IP)龍頭業(yè)者，亦積極協(xié)助處理器廠商不斷透過(guò)SoC或3D IC等技術(shù)提升效能。Mooire認(rèn)為，雖然安謀國(guó)際僅為IP廠商，看似與實(shí)際的芯片產(chǎn)品無(wú)直接關(guān)系，但安謀國(guó)際在IP核心架構(gòu)中結(jié)合處理器、繪圖處理器(GPU)與內(nèi)存的子系統(tǒng)(Sub-system)，已就3D IC技術(shù)所需進(jìn)行微調(diào)，并與晶圓廠維持密切的合作，進(jìn)行3D IC的測(cè)試，因此安謀國(guó)際的合作伙伴中，第一級(jí)(Tier One)處理器業(yè)者已計(jì)劃采用3D IC的架構(gòu)。

　　Mooire并強(qiáng)調(diào)，未來(lái)無(wú)論是手機(jī)或平板裝置(Tablet Device)等移動(dòng)裝置，甚至個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)都會(huì)日趨輕薄，因此3D IC將更有機(jī)會(huì)被采納。