摘要：关于先进封装技术的发展，本文作者与Amkor公司Chiplets和FCBGA集成副总裁Michael Kelly、ASE研究员William Chen、Promex Industries首席执行官Dick Otte以及Synopsys Photonics So
“芯片超市”的出现还需要几年时间，但各方面都在取得进展。
关于先进封装技术的发展，本文作者与Amkor公司Chiplets和FCBGA集成副总裁Michael Kelly、ASE研究员William Chen、Promex Industries首席执行官Dick Otte以及Synopsys Photonics Solutions研发总监 Sander Roosendaal详细讨论了封装方面的进展。
Q
您认为目前封装行业面临的最大挑战是什么？有哪些变化？
Roosendaal：我主要关注的是封装和光子学，最大的问题是光子封装的设计都是定制的。没有标准化。产品成本的 80% 左右是封装和组装。因此，如果你做了一个设计，要么花钱定制封装，要么使用其中一个提供的封装。但是，如果你去另一家封装厂，你就必须重新开始。
Kelly：一个有点令人惊讶的挑战是人工智能（尤其是大型语言模型）推动的变化速度和速度。它迫使网络和处理器人员变得非常灵活，而这几乎影响到了所有领域。2.5D 模块的物理尺寸增长速度快于预期。这体现在应力、翘曲和可靠性挑战上。这些都是很好的挑战，但它们来得很快。
Chen：人工智能硬件发展迅速，但另一个问题是人工智能的前景。我们如何在工作中有效地使用人工智能？我们如何抓住这个机会教育下一代？因为他们将完全了解如何做人工智能，但他们可能不知道如何做包装。我们有机会培养我们的下一代或更下一代。这是一个巨大的挑战，我们最好好好把握它。
Otte：显然，人工智能正在主导许多事情。令我印象深刻的是它所导致的淘汰速度。我怀疑我们将大规模重建这些数据中心的内容，以升级驱动它们的硅片。将会发生巨大的变化。你所要做的就是看看英伟达的收入增长。另一个趋势是，我们开始看到人们对非人工智能设备的灵活性有很大的兴趣。消费者和个人设备的数量正在增加——与用户相关的产品，如医疗设备和各种小工具。我们将大量推广这些方法，但其中很多方法尚未大规模生产。
Q
这些变化对于封装方式意味着什么？是否有任何标准化？是否会有可长期使用的组装设计套件？
Otte：在人工智能领域，这些事情有点回到了半导体行业的早期，当时半导体公司是垂直整合的。正如 Sander 所说，显然，对光传输以节省电力的需求日益增加，但很难看出标准将如何产生。有几家公司，如 Ayar，还有几家公司，如 Analog Photonics 和其他几家公司正在研究它。但它还没有广泛传播到足以让标准开始出现。光学最终将成为一种标准。好处实在是太大了。
Chen：就标准化而言，用户、设备供应商和设计人员都应参与其中。他们都必须聚在一起进行圆桌讨论。这是必要的，但必须在正确的时间进行。人们必须开发自己的应用程序，而且会有不同的应用程序组。这是我们需要前进的道路。我们需要对技术方案有更多的了解，然后才能进行标准化。这就是当今光子学面临的问题。
Kelly：去年我们在标准方面取得了一些进展。UCIe 规范已经出台。它们正在今天的实际产品中进行审查。它定义了芯片之间的可布线性，这有助于构建封装，也是主要驱动力之一。如果我们有更多具有类似总线结构、层数、信号完整性所需的线/空间等的产品，这有助于巩固这一部分。但回到硅光子学，感觉它即将到来。由于所有海量的数据移动，它现在必须到来。数据中心必须处理所有这些大型语言模型之类的东西，但班级领导者各自做着自己的事情。他们采取的方法不同。
Roosendaal：这非常困难，虽然有一些专业的封装厂，但他们没有能力进行规模化生产。而且存在巨大的技术挑战。如果只讨论光耦合，那么就有边缘耦合与光栅。使用光栅更容易进行点转换，但必须跳出平面。边缘耦合也有其自身的挑战。根据应用，必须以微米甚至亚微米的精度进行校准。如果你是多模的，最终也会覆盖你的角度公差，这是相当受限制的。然后是热性能。这些光子电路对温度非常敏感。如果涉及翘曲，则会影响内部的角度，这是一个挑战。这也是导致成本高昂的原因，因为产量很低。
Q
说到小芯片，我们有 UCIe。这是否意味着一切都可以协同工作？
Kelly：他们正在合作。有些产品采用 UCIe 总线，因此它正如宣传的那样工作。这些都是集成解决方案。但许多参与者之间具有互操作性的芯片超市仍然是理想化的目标。有 UCIe 和其他一些，如 Bunch of Wires。这让它变得更加民主，因为你有一个每个人都可以设计的高性能总线。
Chen：我同意。在最近的 OCP 会议上，人们说我们需要有可供初创公司用于消费产品的解决方案。Chiplet 正在国防领域推出。早期有一个标准，称为 AIB（高级接口总线）。
Kelly：Chiplet 技术很早就出现了，当时业界领头羊们都在自己的产品中采用它们。但现在，我们非常想知道，成本略低但性能高的领域将在多大程度上进入消费产品，因为消费产品对成本非常敏感。如果你谈论的是手持设备，甚至是 PC 领域，他们无法像数据中心产品那样花那么多钱来采用 Chiplet。对于那些试图节省成本并保持竞争力的小公司来说，Chiplet 策略能发挥多大作用，这将是一件很有趣的事情，因为成本和性能是两个目标。
Otte：小芯片最终将成为一项重要功能，但我担心它发生的速度会有多快。在典型的一年中，我还没有看到任何一家公司推出小芯片。小芯片实际上只来自大公司。没有什么比商业市场更重要了。人们不会出售小芯片。你买不到 8 千兆赫的内存小芯片。我预计内存芯片将是最早的芯片实现。或者可能是 RF 设备。低电阻和电容确实很重要。
Q
问题是否存在于电气和光学之间的接口上？
Roosendaal：从设计角度来看，该接口具有挑战性。我们有工具来实现这一点。我们有高频提取来处理所有高频寄生效应。温度是一个大问题，光子芯片上的一些开关由加热器驱动以保持稳定的温度。它们的温度上下波动数百度。但你也希望将其限制在该设备上，并且你不希望电气热量影响光子方面。你需要模拟系统级热量，并且需要将封装包含在这些模拟中。除了芯片之外，制作芯片模板还处于早期阶段。设计师需要知道输入和输出的位置，以及将对准波导放在哪里。你还想在创建软件之前对温度进行对准敏感分析。
Kelly：如果你说的是将光子学集成到处理器上，也就是所谓的共封装光子学，那么这些处理器的功率都在500瓦以上。有些甚至达到1千瓦。它们必须将所有这些热能通过非常薄的封装。封装内的温度分布变得非常大。这会以我们过去从未见过的方式影响封装内的对准和净应力，因为我们试图从非常小的面积中获取如此多的功率。这将是未来的一大挑战。
Chen：3D封装也是如此。困难在于我们可以测量封装外部的温度，但随后我们需要了解封装内部的实际温度。内部的实际测量和模拟测量之间存在差异。硅光子学也是如此。模型的验证非常重要，但我们也必须在现场进行验证。我们必须非常小心地进行验证。
对于用于测量结温的片上传感器，Roosendaal表示：光子芯片上有用于校准和调节的电路。你必须对其进行调整。此外，当你打开电源时，它需要时间来稳定。这是设计时模拟的另一个挑战。你要进行巨大的时间尺度（以微秒为单位），并且必须以皮秒为单位回溯时间步骤。所以这是一个巨大的模拟挑战。而且设备水平的温度依赖性并不总是完全表征的。这些设备也处于全面开发阶段，因此光子学领域存在许多变化。
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来源：视界科技
