隨著芯片制造工藝的不斷進步,，單個芯片的晶體管數(shù)量持續(xù)增長，從數(shù)萬級到今天的數(shù)百億級,。
長期以來,，提高晶體管密度一直是實現(xiàn)更大規(guī)模集成電路的主要途徑，我們的關注點也一直聚焦在芯片制程的升級上,。
但隨著工藝臨近物理極限,，這種路徑已經難以為繼，多芯片封裝技術的出現(xiàn)了,，給了我們另一種提升晶體管數(shù)量和電路規(guī)模的途徑,。
就像臺積電最近在IEDM展示的芯片技術線路圖那樣，在這張線路圖上有3D Hetero Integration和Monolithic Integration兩種不同的芯片集成方式:
1,、3D Hetero Integration,，即異質3D集成技術,。它是通過垂直堆疊和互連多個不同功能的裸芯片(Chiplet)，實現(xiàn)芯片堆疊的一種封裝與互連技術,。其優(yōu)點是可以混合匹配不同工藝節(jié)點的芯片,，實現(xiàn)更高性能密度。
2,、Monolithic Integration,，即單體芯片一體化技術。它是在一塊硅基板上,，使用統(tǒng)一的制造工藝集成不同功能的電路元件,，產出單個大規(guī)模的復雜芯片。其優(yōu)點是信號傳輸更快,，芯片之間沒有互連瓶頸,。
兩者都是實現(xiàn)大規(guī)模集成電路的重要方式。3D Hetero Integration依賴封裝技術,，Monolithic Integratio則依賴制程技術,，在兩者共同作用下，臺積電預計在2030年前后實現(xiàn)整合超過1萬億個晶體管的芯片解決方案,，單體芯片的晶體管數(shù)量也在快速增長到2000億級,，工藝制程將來到1納米。
目前最大規(guī)模的單體芯片是蘋果的M3 Max,，這顆芯片中的晶體管數(shù)量達到920億個,，采用最先進的臺積電3nm工藝制造。而在上一個工藝節(jié)點上（臺積電4nm）,，最大的單體芯片是NVIDIA的H100 GPU,，其核心集成有800億個晶體管，芯片面積為814平方毫米,。
至于多芯片集成方案,，多見于AMD和英特爾的數(shù)據中心加速卡上，比如AMD今年推出的Instinct MI300X AI加速卡,，借助臺積電SoIC 3D片間堆疊和CoWoS先進封裝技術,，其內部集成了12個5/6nm工藝的小芯片（HMB和I/O為6nm），晶體管數(shù)量達到驚人的1530億個,。
而英特爾的Ponte Vecchio集成了47個FPGA和HPC加速器芯片,，整套芯片包含了驚人的1000億個晶體管。
在面向普通用戶的產品中,，AMD比Intel更早采用了多芯片封裝技術,。早在2017年發(fā)布的EPYC服務器處理器中，AMD就使用了多芯片模組(MCM)方案,，在同一個處理器封裝內集成了多個芯片級別的組件,。
在2019年,，該技術應用于Ryzen系列消費級處理器中，采用Zen2架構的AMD Ryzen 3000系列,，首次使用晶片分離設計,，其核心部分使用成本較高的臺積電7nm，IO部分使用12nm,，最后將核心和IO兩個部分集成在同一塊基板上,。
隨后，AMD持續(xù)優(yōu)化了Chiplet架構,，使AMD在性能和性價比上都占據明顯優(yōu)勢,，獲得了巨大商業(yè)成功。
相比之下,，Intel直到2024年底發(fā)布的酷睿Ultra處理器中,，才在消費級產品上使用了多芯片集成封裝技術，雖然比AMD的Ryzen系列稍晚,，但這標志著x86芯片制造商全面進入多芯片時代,。
酷睿Ultra具有Compute Tile、Graphics Tile,、SoC Tile和I/O Tile四個小芯片,，通過英特爾Foveros 3D封裝技術連接到一起，在核心架構上實現(xiàn)了異構整合,。
據Intel介紹,，F(xiàn)overos 3D封裝技術的核心是通過微觸點（Microbump）在邏輯芯片基板上垂直堆疊多個裸露芯片，并用TSV（通孔）實現(xiàn)芯片間的信號垂直互聯(lián),。這種垂直3D封裝方式可以實現(xiàn)異構芯片的混合封裝和匹配,，其空間效率和性能密度都很高，大大提升了芯片設計的靈活性,。
毫無疑問,，多芯片集成封裝技術已經成為現(xiàn)在乃至未來五年芯片發(fā)展的重要技術，同時也讓我們對過去封裝技術的演進產生了興趣,。
芯片封裝的發(fā)展歷史和代表產品：
1,、DIP封裝：雙列直插封裝,，1970-1980年代流行,，典型產品為8086 CPU。
2,、PGA封裝：帶連接孔的封裝形式,，因Intel 80486而流行。
3,、PQFP封裝：塑料四方扁平封裝,，應用于1990-2000年代的微處理器,。
4、BGA封裝：球柵陣列,，以Pentium作為典型產品,，90年代中后期流行。
5,、Flip Chip CSP: 翻轉芯片芯片級封裝,，應用于Intel Core和AMD Athlon系列CPU。
6,、MCM封裝：多芯片模塊封裝,，EPYC服務器處理器。
7,、Chiplet封裝：面向現(xiàn)代處理器和AI加速器,，如Zen 4和Intel Ponte Vecchio采用。
隨著芯片的小型化和功能的增加,，封裝技術也在不斷發(fā)展,，以滿足電性能和成本的需求。
這些多樣的封裝互連技術也必將不斷演進與創(chuàng)新,，推動產業(yè)實現(xiàn)更高性能與復雜度的異質融合芯片,，以滿足AI、高性能計算等應用的持續(xù)需求,。制程與封裝的協(xié)同發(fā)展,，也將開啟電子信息產業(yè)新的成長空間。
