台积电SoW封装技术解析:革命《性集成方案如何实现性能翻倍,AI芯片WSE-3突》破4万亿晶体管的秘密

本文由半导体产业纵横(ID:ICVIEWS)根据pcwatch内容编译整理

台积电正在推进一项突破性的晶圆系统(SoW)封装技术研发,该技术通过将超大规模集成电路系统集成在300毫米硅晶圆或同等尺寸的载体上,实现了系统集成度的革命性提升。

SoW技术的核心在于采用二维矩阵排列方式集成多个硅片或微型模块,不仅具备超强运算能力,还能实现高速高密度的数据传输,同时显著降低系统功耗。

InFO技术奠定SoW发展基础

SoW技术的雏形可追溯至台积电为移动处理器开发的InFO(集成扇出型)封装技术,又称FO-WLP。2020年左右,台积电相继推出面向FPGA、GPU等高性能芯片的CoWoS封装技术,以及基于InFO改进的InFO_oS技术,后者因其出色的扩展性和多层布线能力,成为高性能芯片的低成本封装方案。

InFO_SoW是InFO_oS技术的升级版,将基板尺寸扩展至300毫米晶圆规格。该技术利用高密度再分布层(RDL)连接晶圆上的多个硅芯片,并在RDL背面集成电源模块和I/O连接器,最终形成完整的系统模块。

AI芯片厂商Cerebras的创新实践

人工智能硬件开发商Cerebras Systems率先将InFO_SoW技术应用于其深度学习加速器WSE(晶圆级引擎)。2019年Hot Chips会议上公布的WSE技术引发业界广泛关注。值得注意的是,WSE技术与InFO_SoW存在显著差异:前者直接在300毫米晶圆上制造84个互连的微型芯片,而后者则是将预制芯片集成到晶圆级RDL上。

WSE技术采用独特的冗余设计:测试后确认可用的核心将替代缺陷核心,最终布线方案需待测试完成后确定。从公开资料推测,其RDL板尺寸约为215毫米见方,通过大量通孔实现与电源模块等组件的机械连接。

技术迭代与性能突破

Cerebras已连续推出三代WSE产品,均采用台积电InFO_SoW技术。其中,WSE-2(7nm工艺)和WSE-3(5nm工艺)在保持215平方毫米尺寸和84个芯片数量的基础上,晶体管密度实现跨越式增长,第三代产品达到4万亿晶体管,是第一代的3.3倍。

与采用中间基板的多芯片模块相比,InFO_SoW技术将布线密度提升一倍,数据传输率翻番,特别是电源阻抗仅为传统方案的1/33。这一突破性优势源于其创新的垂直供电架构,为系统稳定性和能效提升带来显著改善。

未来发展方向

台积电正在开发下一代SoW-X技术,与现有SoW-P技术的主要区别在于:前者可实现处理器与内存模块的异构集成。这一技术演进预示着半导体封装将迈向更高集成度的新时代。

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