芯片的算力一年年涨,可一个老问题始终跟着它:数据搬运。
以AI芯片为例,GPU负责计算,HBM(高带宽内存)负责喂数据——两者之间的通道不够宽、距离不够近,算力再强也得“排队等料”。行业里给这道坎起了个名字——存储墙(Memory Wall):算力涨得越快,数据搬运越拖后腿。
可芯片都摆在一个平面上(2D封装),通道受制于基板走线精度,注定拥挤。
平面之外,工程师找了个聪明的折中——2.5D封装。
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给芯片“垫一层楼”:2.5D的智慧
把封装基板想成地面,芯片想成住户。
2D封装里,所有住户都挤在一楼,户与户的通道又窄又长,谁想串个门都得绕远路。
2.5D封装的办法是:先在地面和住户之间,浇筑一层高密度“夹层楼”——这就是中介层(Interposer)。
需要密切往来的芯片,先通过微凸点(Micro Bump)并排住进这层楼:楼内铺着比基板精细一个数量级的走线(硅晶圆工艺可做到亚微米级),芯片之间“抄近路”直达;需要垂直连通的地方,再打上TSV(硅通孔)——在硅片上垂直打通的“电梯井”——把信号与电源送到地面。最后,整层楼落回基板。
那为什么叫“2.5D”而不是别的?
因为它还没进入把芯片层层上叠的阶段——芯片之间仍是并排平面关系(哪怕HBM内部早已用TSV把多层内存裸片垂直摞高,GPU与HBM两颗芯片之间,仍是并排而坐),互连密度的提升主要发生在那层夹层里。
半层楼,解决的却是大问题。
GPU与HBM借这层楼贴身而坐,构成今天主流AI加速卡的标配形态。
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一张表看懂2D封装和2.5D封装
维度 | 2D封装 | 2.5D封装 |
楼房类比 | 平房 | 垫高一楼层 |
芯片关系 | 同一平面,基板连线 | 并排坐中介层,层内互连 |
互连密度 | 低(微米级走线) | 高(亚微米级细线) |
成本 | 低 | 高 |
典型应用 | AI加速卡(GPU与HBM) |
简单说:2.5D封装用一层“夹层楼”换来了互连密度的跃升,代价是成本上台阶。
这笔账在主流AI芯片上普遍划算——性能收益足以覆盖封装成本的上升,这也是它成为AI芯片主流方案的原因。说白了,它不是最省的,而是“最划算”的那一档。
▲2D封装与2.5D封装对比示意图
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不是终点,是“黄金夹层”
回顾这层“黄金夹层”:一片高精度中介层,把芯片间互连从微米级抬进亚微米级,让GPU与HBM高效互联;可控的成本之下,带宽与能效一并拿下。
这层“黄金夹层”,也是封测企业竞逐的新赛道。甬矽电子(688362)2.5D封装产线已于2024年四季度通线,目前正与相关客户进行产品验证;在自研的FH-BSAP 积木式先进封装(886009)平台上,HCoS-OR、HCoS-SI(硅中介层)、HCoS-OT三种结构均已实现客户样品交付,3D Chiplet技术也在同步研发验证中。
它不追逐极限堆叠,却踩准了性能与成本的平衡点——这就是2.5D封装成为AI时代主流标配的分量。
