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三維集成技術(shù)何以助力人工智能芯片開發(fā),推動(dòng)“新基建”?

作者: 時(shí)間:2020-08-17 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

2020年4月,國(guó)家發(fā)展改革委首次明確“”范圍包括三大領(lǐng)域:信息基礎(chǔ)設(shè)施、融合基礎(chǔ)設(shè)施和創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/202008/417133.htm

其中,兩大領(lǐng)域都直接提及人工智能,在信息基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域,人工智能與云計(jì)算、區(qū)塊鏈一起被視為一種新技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施;在融合基礎(chǔ)設(shè)施中,人工智能則被視為支撐傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要工具。

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三維集成技術(shù)助力人工智能芯片開發(fā)

人工智能作為“”的一部分,發(fā)力于科技端,旨在為新一代信息技術(shù)和相關(guān)行業(yè)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新提供算力、算法及算據(jù)(數(shù)據(jù))層面的基礎(chǔ)支持。其中算力作為人工智能應(yīng)用的基礎(chǔ)平臺(tái),從技術(shù)角度體現(xiàn)為各類型的人工智能芯片。

隨著數(shù)據(jù)洪流時(shí)代的到來,人工智能的重要性日益凸顯,而人工智能芯片的開發(fā)成為人工智能技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)。在面對(duì)急劇攀升的數(shù)據(jù)量和計(jì)算量時(shí),計(jì)算和存儲(chǔ)成為了人工智能芯片開發(fā)面臨的兩座大山,大規(guī)模的數(shù)據(jù)計(jì)算會(huì)造成存儲(chǔ)的讀取和返回遠(yuǎn)跟不上芯片的頻率,產(chǎn)生嚴(yán)重的延遲,影響芯片整體性能的提升。

最理想的解決方案,其實(shí)是在三維集成技術(shù)架構(gòu)下,打造真正的存算一體,突破“存儲(chǔ)墻”的限制,所以集超高容量、超大帶寬等特點(diǎn)于一身的存算一體人工智能芯片便應(yīng)運(yùn)而生。利用三維集成技術(shù),可實(shí)現(xiàn)不同功能、不同技術(shù)節(jié)點(diǎn)芯片的整合、高密度互連,在成本可控的情況下又不損失性能。三維集成技術(shù)正是打造人工智能芯片的理想技術(shù),可推動(dòng)“”所需要的人工智能的快速發(fā)展。

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三維集成新技術(shù):多片晶圓堆疊和

芯片-晶圓異質(zhì)集成

三維集成技術(shù)的代表企業(yè)武漢新芯,作為國(guó)內(nèi)首家采用三維集成技術(shù)生產(chǎn)圖像傳感器、存儲(chǔ)器和AI加速器芯片的制造商,已積累了多年大規(guī)模量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),產(chǎn)品集高性能、低功耗、高集成的優(yōu)點(diǎn)于一體。其中武漢新芯硅通孔(TSV)和混合鍵合技術(shù)(Hybrid Bonding)已量產(chǎn),并應(yīng)用于兩片晶圓堆疊的非存儲(chǔ)類產(chǎn)品。如基于武漢新芯混合鍵合技術(shù)生產(chǎn)的AI加速器芯片正是打破傳統(tǒng)的馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的例證,該芯片利用武漢新芯領(lǐng)先的三維集成堆疊技術(shù),將ASIC和Memory芯片堆疊在一起,CPU可直接從堆疊后的芯片中調(diào)取數(shù)據(jù),縮短了連接距離,增加帶寬的同時(shí)降低了功耗,大大提升了芯片的運(yùn)行效率,該芯片可應(yīng)用于人工智能和高性能處理器等產(chǎn)品中。

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基于現(xiàn)有的三維集成技術(shù)平臺(tái),武漢新芯正在積極研發(fā)多片晶圓堆疊和芯片-晶圓異質(zhì)集成技術(shù)。

武漢新芯多片晶圓堆疊技術(shù),將晶圓級(jí)混合鍵合和高深寬比硅通孔技術(shù)結(jié)合起來,配合相關(guān)臨時(shí)鍵合和解鍵合工藝,實(shí)現(xiàn)不同功能晶圓垂直互連。運(yùn)用該技術(shù)將DRAM晶圓堆疊互聯(lián),作為數(shù)據(jù)緩沖,實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)體的高速數(shù)據(jù)存取。現(xiàn)階段采用后段封裝工藝制造的HBM,因其凸點(diǎn)工藝的局限,存在散熱性能差、連接數(shù)有限、生產(chǎn)效率不高等先天弊端,影響存儲(chǔ)容量和帶寬提升空間。針對(duì)此問題,利用多片晶圓堆疊技術(shù)工藝精度高、連接熱阻低和生產(chǎn)效率高的優(yōu)勢(shì)可進(jìn)一步減小芯片尺寸,增加帶寬,降低延時(shí)和功耗,帶來更好的產(chǎn)品體驗(yàn)。

武漢新芯多片晶圓堆疊技術(shù)計(jì)劃于2021年量產(chǎn),可實(shí)現(xiàn)三層及以上的多片晶圓堆疊,達(dá)到更低功耗,更高帶寬和更快的傳輸速度,廣泛應(yīng)用于大數(shù)據(jù)時(shí)代高容量高帶寬存儲(chǔ)產(chǎn)品。

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隨著三維集成技術(shù)的深入迭代,晶圓廠和封裝廠的技術(shù)相互借鑒和融合,逐漸催生出設(shè)計(jì)與工藝靈活度更高的芯片-晶圓異質(zhì)集成的技術(shù)。

武漢新芯芯片-晶圓異質(zhì)集成技術(shù)突破傳統(tǒng)封裝級(jí)連接方式,基于“類晶圓堆疊”混合鍵和技術(shù),可提供晶圓和芯片堆疊在一起的多層解決方案,不再受上下die尺寸要求一致的限制,從而使堆疊方案更靈活,提升堆疊后產(chǎn)品的良率,降低產(chǎn)品成本。

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武漢新芯計(jì)劃于2022年推出芯片-晶圓異質(zhì)集成技術(shù),可實(shí)現(xiàn)容量和帶寬的倍增,未來將廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和5G等多模塊異質(zhì)系統(tǒng)集成基礎(chǔ)硬件。

武漢新芯三維集成技術(shù)平臺(tái)可充分滿足客戶靈活多樣的三維集成需求,為下一代全新架構(gòu)的芯片系統(tǒng)提供強(qiáng)大技術(shù)支持?;谌S集成技術(shù)平臺(tái)開發(fā)的人工智能芯片可以使傳統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施煥發(fā)全新的動(dòng)能,幫助打造信息數(shù)字化的基礎(chǔ)設(shè)施,助推新基建的實(shí)踐發(fā)展。



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