半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)久以來(lái)依賴平面縮小技術(shù)來(lái)提升性能，但這一方法正逐漸逼近物理極限。面對(duì)人工智能應(yīng)用需求的迅猛增長(zhǎng)，英特爾、臺(tái)積電和三星等半導(dǎo)體巨頭正加速研發(fā)創(chuàng)新解決方案，以期滿足下一代計(jì)算設(shè)備的需求。其中，3D IC技術(shù)已成為這些大廠戰(zhàn)略布局的關(guān)鍵一環(huán)。
近年來(lái)，AI大模型的興起為3D IC技術(shù)的快速發(fā)展提供了前所未有的契機(jī)。3D IC通過垂直堆疊芯片并利用硅通孔（TSV）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了電子元件的高密度三維集成，與2.5D封裝、Chiplet、扇出型封裝等先進(jìn)封裝技術(shù)一道，成為后摩爾時(shí)代提升芯片性能的重要手段。相較于其他技術(shù)，3D IC更側(cè)重于高性能計(jì)算場(chǎng)景，而其他技術(shù)則更注重靈活性與成本效益的平衡。
各大半導(dǎo)體廠商早已涉足3D IC技術(shù)的研發(fā)，但AI大模型的蓬勃發(fā)展無(wú)疑為這一領(lǐng)域注入了新的活力。臺(tái)積電高級(jí)副總裁張曉強(qiáng)指出：“為了為客戶提供完整的產(chǎn)品級(jí)解決方案，晶體管技術(shù)和先進(jìn)封裝集成必須并行發(fā)展。3D架構(gòu)技術(shù)組合對(duì)我們來(lái)說已變得至關(guān)重要。”
英特爾代工業(yè)務(wù)的高級(jí)副總裁Kevin O’Buckley同樣強(qiáng)調(diào)了3D IC技術(shù)的重要性：“隨著內(nèi)核數(shù)量的增加和計(jì)算性能的不斷提升，滿足數(shù)據(jù)處理需求成為首要任務(wù)。3D技術(shù)就是一個(gè)很好的例子，我們可以利用芯片面積的大部分來(lái)放置SRAM，而不必犧牲用于計(jì)算的芯片面積。”
盡管3D IC技術(shù)顯著縮短了元件間的物理距離，提高了芯片性能并降低了功耗，但這一方法也帶來(lái)了更為復(fù)雜的子系統(tǒng)需求，在制造工藝、材料科學(xué)和設(shè)計(jì)方法上都提出了新的挑戰(zhàn)。TSV作為3D堆疊的關(guān)鍵技術(shù)之一，其工藝直接影響互連密度與良率，需要不斷突破更高的深寬比極限。
在制造工藝方面，更先進(jìn)的等離子刻蝕技術(shù)不斷涌現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的深寬比和更精確的孔形狀控制。在材料方面，除了傳統(tǒng)的銅材料外，新的低電阻、高可靠性導(dǎo)電材料如合金材料和碳納米管復(fù)合材料等正在研發(fā)中，有望進(jìn)一步降低信號(hào)傳輸損耗。芯片對(duì)芯片鍵合技術(shù)也至關(guān)重要，當(dāng)前的研究重點(diǎn)集中在提高鍵合精度、速度與可靠性上。
臺(tái)積電在3D IC領(lǐng)域形成了以SoIC為核心的技術(shù)體系，結(jié)合CoWoS和硅光子技術(shù)，覆蓋了從邏輯堆疊到異構(gòu)集成的全鏈條。作為SoIC的首發(fā)客戶，AMD通過SoIC與CoWoS結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了帶寬超過5TB/s的AI芯片。臺(tái)積電正在開發(fā)SoIC 2.0技術(shù)，目標(biāo)將互連節(jié)距從當(dāng)前的9μm縮小至5μm，并引入背面供電技術(shù)以提升電源效率和散熱能力。
英特爾則以Foveros為核心技術(shù)，結(jié)合EMIB和PowerVia技術(shù)，形成了覆蓋邏輯堆疊到異構(gòu)集成的完整技術(shù)體系。Foveros通過混合鍵合和TSV技術(shù)實(shí)現(xiàn)芯片垂直堆疊，支持高密度集成。英特爾正開發(fā)Foveros 2.0技術(shù)，目標(biāo)同樣是將互連節(jié)距縮小至5μm，并引入背面供電技術(shù)。英特爾還在積極開發(fā)光連接技術(shù)以增強(qiáng)3D IC產(chǎn)品的性能。
三星則以X-Cube為核心技術(shù)，在3D IC領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從邏輯堆疊到異構(gòu)集成的覆蓋。X-Cube通過硅通孔和混合鍵合技術(shù)實(shí)現(xiàn)芯片垂直堆疊。在熱管理技術(shù)方面，三星正在開發(fā)微流體冷卻技術(shù)，通過在芯片內(nèi)部嵌入微米級(jí)冷卻通道，將散熱效率較傳統(tǒng)風(fēng)冷提升3倍。三星還在開發(fā)光學(xué)I/O技術(shù)，并計(jì)劃將3D IC與下一代制程技術(shù)結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)更好的協(xié)同效果。
