三維集成技術(shù)何以助力人工智能芯片開發(fā)，推動“新基建”？

人工智能作為“新基建”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，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)。在面對急劇攀升的數(shù)據(jù)量和計算量時，計算和存儲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)計算會造成存儲的讀取和返回遠(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“存儲墻”的限制，所以集超高容量、超大帶寬等特點于一身的存算一體人工智能芯片便應(yīng)運而生。利用三維集成技術(shù)，可實現(xiàn)不同功能、不同技術(shù)節(jié)點芯片的整合、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“新基建”所需要的人工智能的快速發(fā)展。

三維集成技術(shù)的代表企業(yè)武漢新芯，作為國內(nèi)首家采用三維集成技術(shù)生產(chǎn)圖像傳感器、存儲器和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，產(chǎn)品集高性能、低功耗、高集成的優(yōu)點于一體。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，增加帶寬的同時降低了功耗，大大提升了芯片的運行效率，該芯片可應(yīng)用于人工智能和高性能處理器等產(chǎn)品中。

基于現(xiàn)有的三維集成技術(shù)平臺，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)臨時鍵合和解鍵合工藝，實現(xiàn)不同功能晶圓垂直互連。運用該技術(shù)將DRAM晶圓堆疊互聯(lián)，作為數(shù)據(jù)緩沖，實現(xiàn)對存儲體的高速數(shù)據(jù)存取?，F(xiàn)階段采用后段封裝工藝制造的HBM，因其凸點工藝的局限，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，影響存儲容量和帶寬提升空間。針對此問題，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)勢可進一步減小芯片尺寸，增加帶寬，降低延時和功耗，帶來更好的產(chǎn)品體驗。

武漢新芯多片晶圓堆疊技術(shù)計劃于2021年量產(chǎn)，可實現(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)時代高容量高帶寬存儲產(chǎn)品。

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。

武漢新芯計劃于2022年推出芯片-晶圓異質(zhì)集成技術(shù)，可實現(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)提供強大技術(shù)支持?；谌S集成技術(shù)平臺開發(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，助推新基建的實踐發(fā)展。