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GPU封装技术工艺 –20230726
西域多宝已处理
孤独求败的老司机
2023-07-29 00:43:30

Q:AI 的 GPU 封装主流技术路线?

A:对于的 AI 就是 HPC,HPC 是 highperformancecomputing,这种高性能计算封 装 CoWoS 有两条。第一组会用到 HBM,比如 Nvidia 为主的这一派会用到 HBM,以 MD 为主也会用到 CoWoS。还有一组不用 CoWoS,类似 HBM 写成直接焊在的 subject 上面,类似 Intel 的技术,但目前应用范围不太大。接下来在 CoWoS 技术 上延伸,有 CoWoS-S、CoWoS-R、CoWoS-L 三种 CoWoS 技术。再接下来涉及 3D 封装,但是 3D 目前只应用在 HBM,显存上面有相应的应用,但是对于大功耗的 还没有见到,可能 AMD 宣传上面有说 3D 的功能,但 3D 封装不是纯粹的完全 Stack。

Q:哪种工艺最难?

A:最难的肯定是 TSV。TSV 要在硅里面打孔,打孔技术在于打孔的规格、数量,单位面积要打多少数量的孔,孔径、孔深、良率,孔太小了而且又是在硅片上面

打,硅是很脆的,在这种情况下有多少孔是有效的。如果在单位面积下因为线路

越来越复杂,打孔数量会越来越多,为了打尽量多的孔,孔径要小,孔径越小越

难打,对激光的控制比较难。极限能打到多少孔,打孔之后对于整个硅片的强度、

可靠性也有要求。

Q:TSV 除打孔工艺外设备难吗?

A:难度主要是工艺上的难度,跟设备没什么关系,生产主要靠良率。

Q:CPU 会出现类似高度集成的封装吗?

A:也有可能。GPU 出现集成封装的原因是 GPU 的运算属于大数据运算,虽然不 像 CPU 可以执行复杂的逻辑运算,但是它的数据量是非常巨大的,也就是必须 要进行数据储存,内存相当于数据的暂存场所,除了缓存以外就是内存,把数据

放到内存再取回来,速度越来越快,中间的信号损失,要求就越来越严格。封装

可以把距离缩短,就在带的旁边,距离就非常的短,虽然频率不会很高,带宽宽,

因为它的位数很多、距离很短,所以信号的损耗很小。所以在项目情况下数据的

吞吐量就会很大,质量又比较高,不会有丢包的情况出现。CPU 的算力在大数据 下并不擅长,CPU 属于逻辑运算,属于建模或者资源调度。大数据还是 GPU,如 果未来建模、分析模型或者解码编码数据量已经达到非常大的情况下,需要用到

大内存,需要内存的吞吐速度或者吞吐量放在外面已经无法满足需求,会考虑把

它往芯片里面集成。取决于 CPU 以后处理的数据量趋势,如果数据量处于越来 越往上走必然会把 memory 给收进来。

Q:台积电等成熟厂商扩产面临最大的问题?

A:制约产能的因素有很多。比如人力、电力,主要是外部条件,还有非科技的 因素,像设备、先进的光刻机产能。

Q:国内厂商能按照相同方式复刻 CoWoS 的封装吗?

A:可以,有设备、人力和技术也可以做,但专利技术保护肯定是会有的。

Q:国内厂商不能做 HBM 主要卡在 TSV 吗?

A:主要在封装技术,虽然都知道 HBM 是这样子做,但是台积电做出来的东西良 率高,而且在价格其他方面平摊下来较好。

Q:interposer 是一层硅,目前用比较多的是硅转接板,除了和 interposer 打 TSV 之外,它本身还要连接各个芯片,比如连接 GPU、连接 HBM 之间的通信。本身 除了要进行 TSV 打孔之外,还有什么操作?

A:打孔是为了把上面和下面之间相连,中间还有走线。在 interposer 上面不光 只摆了代码,还摆很多个带,带与带之间 C2C 的连接都是通过 interposer 来完成。所以 interposer 上面也会有走线,它不是只有两层,与 TSV、package 基板是一样 的,也有很多层,上面有走线,材料不一样而已引起了所有的工艺都不一样。

Q:走线是由什么工艺去完成?

A:普通的蚀刻法,走 HBM 线在基板上面走线宽度走 10 微米左右,但是在 interposer 上面可能走 1 微米,所以说它线宽变化是很巨大的,用普通的蚀刻很 难做到,可能不是会用光刻机,光刻可能就太细了。如果只掌握 TSV 和 bumping 的话,其实是可以去完成 HBM 这套工序,但是要完成 CoWoS 的工艺除了在 TSV 之外,还要在隐藏 interposer 这一层很清楚才能够完成,CoWoS 封装这一块要求 走线,需要比较多的工艺去完成。在 CoWoS 方案里面的大概率不需要光刻的,光刻的作用是为了掺杂,可以下来再查一下。

Q:HBM 和 GPU 合并在一起的路线以后会不会拓展?这种方案挤占掉大部分 DDR5 场景?

A:它的应用场景需要考虑成本、有没有必要用到 HBM,因为比较贵。主要性能 很好,但是目前主要就是成本贵,如果降本还是有比较大的可能性去挤占 DDR5 的市场空间。

Q:Interposer 国内有企业做吗?

A:国内还是有在做的。壁垒关键看做成什么样子,目前技术距离台积电较远。做到顶级的像 A100 这种还不行。

Q:封装材料是否特殊?

A:封装材料就不一样,比如基板表面处理材料、介质层材料、填胶,所谓填充 物孔比较大才填充,孔比较小就全部用金属焊死了,像铁柱,铜柱、铝柱一样可

能就不存在填充的问题。这些材料因为它有层与层之间剥离力的问题,在进行压

合或者进行安装的时候会不会有层间距、层间剥离或裂开的问题,所以材料还是

比较关键。

Q:目前国内有涉及到封装材料的公司吗?

A:目前基本上都是用日本的材料,国内的材料不太清楚。像基板这些都是用的 ABF 的材料,用 BT 的材料都很少,更不用说国内其他的材料。

Q:目前封装的景气度如何?往后大的拐点?

A:目前至少从人工智能的角度芯片很缺,排队已经排到后年,所以封装尤其是 高端封装需求量还是比较大。整体包括普通的景气度很难讲,因为高端的需求很

大,但低端的不一定。像卖显卡、3C 产品最近时间好像又有点下降,加起来一 涨一跌不好评估整体封装景气度。

Q:国内厂商能按照相同方式复刻 CoWoS 的封装吗?

A:可以,有设备、人力和技术也可以做,但专利技术保护肯定是会有的。

Q:未来封装技术可能会更高?

A:对,是这样的,因为以后速率越来越高、功耗越来越大,封装影响对于信号、对于芯片的可靠性的影响会越来越大,肯定以后扮演的角色也会越来越重要。

Q:目前高端技术国内公司的竞争怎么样?

A:国内可能还有差距,至少到目前为止还没看到国内哪家做的比较好。目前高 端的有台积电、三星,其他的没什么。中端的不是很清楚,也用不上,performance 没有高的也不会用到这种技术。

Q:未来即使封装扮演更高的角色国内厂商也可能分享不到红利?

A:这要看国内厂商的努力程度,以后中美的科技战结束之后,中国的更多技术 得到投资,中国的技术发展得很快,也有可能比台积电更好,只不过就看时间。

Q:之前有传闻台积电 CoWoS 产能溢出,有一部分交给联电和 Amkor,也有说联 电、Amkor 和三星一起做,目前产能溢出之后整个模式中联电到底起了什么样的 角色?

A:联电就是搞低端的,对英伟达来说是对良率比较看重,以前在安培那一代的 时候其实是给了三星很大单,但是三星的良率很低,所以最后剩下的 A100 就转 给了台积电,最后把 H100 整个都给台积电。这样看至少从英伟达这边还是依赖 台积电。

Q:联电还是要看良率?

A:对,做这些东西都是看良率。比如三星做 4 纳米或者 5 纳米技术其实也有,只不过可能良率比如 80%,但是台积电可以做到 90%多。

Q:台积电是否隐含着提价的可能?

A:是的,也有可能垄断。

Q:封装厂后续可能被晶圆厂吸收吗?

A:晶圆厂强项是在晶圆这块,如 RDL、CoWoS。封装厂的强项是基板、植球。两个业务不相关,没必要吸收。

Q:苹果用四个小的颗粒封装 16 个 G,是否可以认为苹果使用了堆叠类办法把多 个 DDR5 堆叠在一起?

A:需要拆,把它拆开看就知道。

Q:目前手机 16G 或者是 24G 内存的方案有做堆叠吗?

A:手机不一样,是 pop 比如 package,首先要看所谓的堆叠是什么?是带与带 之间的堆叠还是还是 package 与 package 之间的堆叠。

Q : 手 机 上 面 的 package 如 果 能 封 装 24G 字 节 的 DDR5 的 带 也 可 能 是 packageonpackage 吗?

A:目前 3D 封装都只有 HBM 它的 memory 是这样子做的。DDR5 带的样子是很 长条的样子,大概率不是 HBM 那样子叠起来,但是目前无法想象需要看实际的 拆解才知道。按照 DDR5 的标准每个带是 64GB,不知道有没有更高的密度,按 照年初的标准每个代最多是 64GB,如果架构没有改变,但是容量变大了,那只 能是堆叠了。架构很难有变化,除了 HBM 苹果的方案有可能也是。但截止目前 还只是推断,最好还是再进一步验证。

Q:偏后端的封装英伟达可以给国内的工作厂做吗?

A:可以,偏后端一点是可以交给国内的工作厂去做的。目前封装厂可能是在国 内做,但没有找国内的厂商做,厂商本身是境外的。

Q:国内先进封装厂商收益会有多大的提升空间?

A:可能也只能国内的公司下订单,至少目前来说像 MD、VD 不会下订单。Q:台积电目前主导 inform 的路线替代 CoWoS 上面硅中介层吗?

A:其实它是 info 过来的,但不是 info,info 其实就是没有 subject,没有载板,是 CoWoS-L,目前使用最多的是 CoWoS-S,是最基本款。后面把 interposer 换成 其他的有机材料即 CoWoS-L。目前已经有些产品在用到,AI 的高端产品。

Q:HBM 封测有没有特殊的原材料?

A:封测是物理封测,材料方面不太清楚。

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