SoC集成挑战，如何解决？

片上系统 (SoC) 通过减小特征尺寸，将具有不同功能的集成电路（例如中央处理器 (CPU)、图形处理器 (GPU)、内存等）集成到单个芯片中，用于系统或子系统。

SoC 芯片微缩的优势主要体现在以下几个方面：

减小尺寸和重量:相比于将各种功能模块分散在多个芯片上，SoC将所有组件集成在一块芯片上，显著减小了电子设备的整体尺寸和重量。

降低功耗:信号在SoC内部传输的距离缩短，可以减少信号传输的损耗和延迟，从而降低功耗。

提高性能:芯片内部信号传输距离的缩短，提高了信号传输效率，进而提升了产品的整体性能。

降低成本:减少芯片数量和相关的封装、测试等环节，有助于降低制造成本。

提高可靠性:集成化程度提高，减少了芯片之间的连接，从而降低了故障率，提高了产品的可靠性。

SoC 芯片微缩是电子技术发展的重要趋势，对移动设备、物联网、人工智能等领域的发展起着至关重要的作用。

然而，通过减小特征尺寸来制造 SoC 正变得越来越困难且成本高昂。芯片设计和异构集成封装为 SoC 提供了一种替代方案。

目前至少有五种不同的芯片设计和异构集成封装方法：

（1）芯片分区异构集成（由成本和技术优化驱动）；

（2）芯片分解异构集成（由成本和半导体制造产量驱动）；

（3）直接在层压封装基板上进行薄膜层多系统异构集成；

（4）无 TSV 中间层的多系统异构集成（2.3D IC 集成）；

（5）具有 TSV 中间层的多系统异构集成（2.5D 和 3D IC 集成）。

在芯片分解异构集成中，SoC（例如逻辑部分）被划分为更小的芯片模块（例如逻辑1、逻辑2和逻辑3）。这些芯片模块可以使用前端CoW或WoW方法堆叠（集成），然后使用异构集成技术组装到单个封装基板上。同样，芯片模块的前端集成是可选的。例如，赛灵思的FPGA于2013年出货，AMD的EPYC于2019年出货，英特尔的Lakefield于2020年出货。

在直接在叠层封装基板上采用薄膜层进行多系统异构集成（2.1D IC 集成）中，SoC（例如 CPU、逻辑电路和高带宽存储器）由带有薄膜层的叠层封装基板支撑。这种集成方式受性能和尺寸因素驱动，适用于高密度和高性能应用。然而，由于叠层基板的平整度，薄膜层的良率损失非常高，该技术尚未实现量产。

在无硅通孔 (TSV) 的中间层多系统异构集成中，SoC（例如 CPU、逻辑电路和高带宽存储器）由细线路/间距 RDL 基板（有机中介层）支撑，然后将其放置在层压封装基板上（2.3D IC 集成）。这种集成方式也受性能和尺寸因素驱动，并用于高密度和高性能应用。该技术目前处于小规模生产阶段，预计将从 2.5D IC 集成中抢占部分市场份额。

在具有TSV中间层的多系统异构集成（2.5D/3D IC集成）中，SoC（例如CPU、逻辑和高带宽存储器）由无源（2.5D）或有源（3D）TSV中介层支撑，然后放置在层压封装基板上。这是由性能和尺寸驱动的，用于超高密度和高性能应用。自2013年以来，赛灵思、AMD、英特尔、NVidia、富士通和Graphcore等公司已使用该技术出货产品。未来，它将更多地应用于超高性能、高密度和高带宽产品。

SoC 的芯片微缩将继续进行。芯片设计和异构集成封装为 SoC 提供了一种替代方案，尤其是在大多数公司难以承受的先进节点（更小的特征尺寸）。此外，芯片设计和异构集成封装可以降低产品的半导体制造成本。