武漢新芯全新三維堆疊技術(shù)品牌 “3DLink”，鎖定高速運(yùn)算、存內(nèi)計(jì)算、3D傳感器ToF發(fā)力

武漢新芯研發(fā)多年的 3D IC 技術(shù)已嶄露頭角，更鎖定高速運(yùn)算、存內(nèi)計(jì)算、3D 傳感器 ToF 等熱門(mén)領(lǐng)域進(jìn)行卡位。日前，武漢新芯將三維堆疊技術(shù)注冊(cè)成為全新品牌 “3DLink”，并在重慶登場(chǎng)的 ICCAD 2020 中重磅宣布細(xì)節(jié)。

武漢新芯從 2012 年開(kāi)始布局 3D IC 技術(shù)，研發(fā)量產(chǎn)已步入第 8 年，鍵合良率高達(dá) 99.5%，擁有超過(guò) 400 個(gè)創(chuàng)新專(zhuān)利。

如今，3D IC 技術(shù)已經(jīng)成為全球半導(dǎo)體大廠的新顯學(xué)，包括臺(tái)積電、三星都積極跨入。臺(tái)積電今年宣布整合旗下堆疊到封裝技術(shù)提出 “3DFabric” 新平臺(tái)，身為 3D IC 技術(shù)領(lǐng)先廠商之一的武漢新芯也有新動(dòng)作。

武漢新芯宣布，推出全新的三維堆疊技術(shù)品牌 —— 3DLink?，包括已進(jìn)入量產(chǎn)的兩片晶圓堆疊技術(shù) S-stacking?、完成工藝研發(fā)的多片晶圓堆疊技術(shù) M-stacking?，以及正在研發(fā)中的芯片 - 晶圓異質(zhì)集成技術(shù) Hi-stacking?。

武漢新芯代工業(yè)務(wù)處高級(jí)總監(jiān)沈亮指出，過(guò)去三年，中國(guó)集成電路設(shè)計(jì)年會(huì) ICCAD 已經(jīng)成為武漢新芯宣布最新技術(shù)的舞臺(tái)，公司每年都會(huì)在 ICCAD 年會(huì)上宣布三維堆疊技術(shù)的重大研發(fā)成果。

沈亮在 ICCAD 2020 “Foundry 與工藝技術(shù)” 專(zhuān)題論壇上，發(fā)表題為《XMC 3DLink?—— 面向高速運(yùn)算和大容量存儲(chǔ)芯片的解決方案》的演講，激發(fā)許多芯片設(shè)計(jì)的創(chuàng)新思路。

當(dāng)前有幾個(gè)非常熱門(mén)的應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)于使用 3D IC 技術(shù)非常有興趣，包括高速運(yùn)算、存內(nèi)計(jì)算、3D 傳感器技術(shù) ToF（Time-of-Flight）等。

3D IC 技術(shù)將兩片不同工藝的晶圓利用晶圓間的 Cu-Cu 直接互連，達(dá)到更高的互連密度及對(duì)準(zhǔn)精度。通過(guò)直接互連實(shí)現(xiàn)了高帶寬和高速運(yùn)算。這項(xiàng)技術(shù)為高速運(yùn)算芯片等提供創(chuàng)新的工藝和架構(gòu)。善用 3D IC 技術(shù)優(yōu)勢(shì)更有助消費(fèi)性電子裝置在兼具高性能下，體積能更輕薄短小。

同樣的產(chǎn)品，難道傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)？

沈亮分析，高速運(yùn)算終端和存內(nèi)計(jì)算對(duì)帶寬和算力有很高的要求，當(dāng)然可以用先進(jìn)制程工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)，但代價(jià)是成本高，且不能確保未來(lái)持續(xù)供貨的穩(wěn)定性。而武漢新芯的晶圓堆疊技術(shù) S-stacking? 可以在保持高性能優(yōu)勢(shì)下，解決這些問(wèn)題。

在兩個(gè)月前，武漢新芯的客戶發(fā)布了一顆用于邊緣計(jì)算的高速運(yùn)算芯片。該芯片采用 S-stacking? 技術(shù)將 38nm 定制化 Memory 和 40nm SoC 結(jié)合后，迸發(fā)出 1840GB 的互聯(lián)帶寬，實(shí)現(xiàn)了 25TOPS 的運(yùn)算量。而最近高通公司發(fā)布最新的驍龍 888 SoC，其中運(yùn)用 5nm 工藝的 AI 處理核心運(yùn)算能力是 26TOPS。也就是說(shuō)我們用成熟工藝與先進(jìn)架構(gòu)的結(jié)合，成功追上了最頂級(jí)工藝產(chǎn)品的性能。目前以這顆高速運(yùn)算芯片為主的系統(tǒng)已經(jīng)能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的學(xué)習(xí)訓(xùn)練，離線自主識(shí)別出動(dòng)物、植物，正在學(xué)習(xí)對(duì)人臉的判別。

3D IC 技術(shù)另一個(gè)優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域是 “存算一體”，打破了馮?諾依曼架構(gòu)，解決處理器和存儲(chǔ)器分離造成的 “存儲(chǔ)墻” 問(wèn)題，緩解來(lái)回訪存造成的延遲和高功耗。他分析，武漢新芯 S-stacking? 技術(shù)可直接將 Memory 和 Logic 晶圓堆疊在一起，并行高效處理架構(gòu)，在不同功能的晶圓之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)快速傳輸。

對(duì)于晶圓級(jí) HBM，沈亮指出，多片晶圓堆疊技術(shù) M-stacking? 打破傳統(tǒng)封裝級(jí) HBM 的 Micro-bump 互連架構(gòu)，采用無(wú)凸點(diǎn)（Bumpless）工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)多晶圓直接鍵合，并利用混合鍵合工藝實(shí)現(xiàn)高密度互連。

還有一個(gè)領(lǐng)域也非常適合 3D IC 技術(shù)發(fā)力，就是主流的 3D 傳感器 ToF。

自從蘋(píng)果最近在 iPad 和 iPhone 12 搭載 dToF 鏡頭，3D 傳感技術(shù)，特別是 dToF (direct Time-of-Flight) 成為全球最火熱話題。

dToF 是一種主動(dòng)式深度傳感技術(shù)，直接通過(guò)測(cè)量光子傳輸時(shí)間差來(lái)計(jì)算與測(cè)量點(diǎn)距離，進(jìn)而進(jìn)行空間建模的技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)是探測(cè)距離遠(yuǎn)、掃描速度快且抗光干擾性佳，已應(yīng)用在游戲機(jī)、AR/VR、智能汽車(chē)等領(lǐng)域。

該技術(shù)首先向被觀測(cè)物體****一束脈沖激光，物體反射回的光子通過(guò)超高靈敏度的單光子雪崩二極管來(lái)觸發(fā)信號(hào)。我們知道光速是每秒 30 萬(wàn)千米，那么在測(cè)量一個(gè)人的面部時(shí)，被鼻尖反射的光子和被人中反射的光子之間的時(shí)間差僅僅 0.000003 秒。因此，實(shí)時(shí)判別這樣的時(shí)間差去計(jì)算距離，每一個(gè)觸發(fā)信號(hào)點(diǎn)都需要一組單獨(dú)的電路進(jìn)行信號(hào)處理。而在空間建模的時(shí)候，更需要一個(gè) QVGA 或者 VGA 的接收點(diǎn)矩陣。因此。即便是一個(gè)小的 QVGA 320x240 的矩陣，也需要巨大的連接帶寬和處理速度，才能實(shí)時(shí)處理這些信號(hào)。這時(shí)候，武漢新芯的 3DLink?晶圓堆疊技術(shù)成為最好的解決方案。

沈亮指出， S-stacking? 技術(shù)可以通過(guò)將感光芯片和邏輯電路上下堆疊起來(lái)，滿足 dToF 產(chǎn)品對(duì)數(shù)據(jù)處理帶寬和速度的需求，兼顧了手機(jī)對(duì)低功耗和芯片小尺寸的需求。

從上面幾個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景，可看出武漢新芯的三維堆疊技術(shù)平臺(tái)的幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：創(chuàng)新架構(gòu)、更高帶寬、更低功耗和延時(shí)、更小芯片尺寸。目前武漢新芯的 3DLink?已經(jīng)針對(duì)存儲(chǔ)、高速運(yùn)算芯片、傳感器各自所要求的高帶寬、低延遲和低功耗這些痛點(diǎn)，專(zhuān)門(mén)定制了三個(gè)針對(duì)性的工藝解決方案。

武漢新芯 3DLink?技術(shù)平臺(tái)具備成熟的設(shè)計(jì)套件，支持定制化的開(kāi)發(fā)，更是開(kāi)放雙臂希望與業(yè)界更多客戶合作，讓更多采用 3DLink?技術(shù)的高附加值技術(shù)解決方案能落地，共同打造創(chuàng)新的集成電路產(chǎn)品。