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多维空间晶粒堆栈世代正式来临!
钰创科技董事长暨总经理卢超群:

【作者: 王岫晨】2005年05月05日 星期四

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本刊社长兼总编辑黄俊义(以下简称黄):钰创科技不论在全球或台湾的半导体IC设计产业中,均扮演了举足轻重的领导要角,而钰创的一举一动也经常牵动着整体产业的脚步。以此来看,钰创未来发展之大方向为何,而钰创的发展又将如何牵引整体半导体产业趋势?


钰创科技董事长暨总经理卢超群(以下简称卢):钰创科技之发展主要有三大方向,第一是延续钰创以往在内存研发技术的市场领导地位,第二是发展晶粒堆栈(Stack Die)技术,第三是自行发展逻辑芯片,并与内存进行堆栈。这些都是符合未来半导体产业发展的趋势,也是崭新的布局。


《图一》
《图一》

延续市场领导地位

钰创的第一个主要发展方向,是延续以往在内存,特别是RAM(Random Access Memory)研发技术的市场领导地位。特别是钰创一开始便投入发展的次微米计划,帮助台湾建立了DRAM 8吋晶圆厂,也让台湾如今在世界上成为首屈一指的晶圆生产国家。


此外,钰创也开发多项DDR、绘图用内存等。现在则开始生产Consumer 市场应用所需的RAM产品,例如现在市场上最热门的iPod中也使用钰创的内存芯片,此外像是MP3、PMP等产品,都需要用到低耗能、Wide Bus且快速的内存芯片。目前需要SDRAM,会再延伸到使用DDR领域,但大部分的应用使用SDRAM之生命周期并不短,因此钰创也将不断用先进制程推新SDRAM 及DDR 产品。而钰创在消费性产品市场里,确是无晶圆厂(Febless)中的佼佼者。而延续这样以应用层面成为DRAM领导的角色,正是钰创往后必须维持的一大方向。


晶粒堆栈技术的催生者

黄:最近在许多重要场合上,您曾不止一次提及关于晶粒堆栈技术之重要性,究竟晶粒堆栈技术为何?而其对于半导体产业之未来发展又有着什么样的重大影响?


卢:晶粒堆栈技术正是钰创所积极发展的第二个大方向。钰创自诩为晶粒堆栈技术的催生者(enabler)。关于晶粒堆栈技术,我曾经于2004年2月在ISSCC(International Solid-State Circuits Conference)大会上,针对近年来全球半导体产业的重大发展趋势发表演说。在近代的半导体发展上,一个重要定律就是摩尔定律(Moore’s Law),说明了每18个月在芯片上可以增加一倍的晶体管数量。这定律在1965年刚提出时,真正了解的人并不多。到了1980年代,台湾便跟着摩尔的脚步,全力发展微芯片。台湾从发展小型PC上的微处理器,到后来依循着摩尔定律发展半导体产业,因此台湾从贫穷到富贵,一路上摩尔定律功不可没。


然而要深入了解一个定律是非常不容易的。2005年4月,全球纪念爱因斯坦发表相对论100周年,事实上,当年爱因斯坦发明相对论时,全世界只有2.5个人看得懂这全新的理论。但现在的科技大至飞机,小至无线电波的传送都是使用相对论的原理,可见其对人类的生活影响相当大。而摩尔的伟大之处,也正是在于他所提出的经验定理,其地位就好比牛顿所提出的地心引力定理一样,所以我认为摩尔的地位相当于在物理界里面的牛顿。而现在我提出晶粒堆栈的新方向,就是认为虽然半导体产业在不断前进的同时,仍会受到摩尔定律的持续影响,但另一方面,我们也已经学会利用堆栈技术,让晶粒从原本的二度空间排列往三度空间发展,这将是半导体产业往后发展的重要趋势,类似物理界的量子力学。


从同构型整合到异质性整合

黄:就您所述,从摩尔定律到晶粒堆栈技术,可说将半导体产业的发展又往前推进了一大步。而究竟摩尔定律与晶粒堆栈技术这两大理论的差异何在?


卢:虽然牛顿的地心引力是个大定律,然而很多微观的部份并无法解释。同样地,在半导体产业中,随着科技发展势必产生另一个与摩尔定律平行的定律,但无法以摩尔定律来概括解释。摩尔定律是在晶粒上摆入更多的晶体管,但现在则是把更多的晶粒堆栈起来。现今人类已经学会如何在一个非常小的封装里面堆栈晶粒,例如将内存芯片堆栈在CPU或者DSP上,而内存芯片可以是RAM、Flash或者SRAM。我将这样的堆栈方式统称为异质性整合(Heterogeneous Integration)的世代,而摩尔定律则称为同构型整合(Homogeneous Integration)的世代。


摩尔定律的同构型整合是在硅晶粒里制作晶体管。一般来说,半导体的晶体管都是在表面以下,这种技术是二度空间的平面、大草原式的整合,晶体管是草原上住户,彼此间在平面上相互连通。而现在来临的异质性整合世代则是多度空间的,晶粒不再是平面式的整合,而是晶粒与晶粒层层堆栈起来,以wire bonding或RF等方式让不同层的晶粒与晶粒相互传递讯号。


摩尔定律很单纯,是属于单晶粒的同构型整合。也随着晶体管体积越来越小,因此单位面积上将存在更多晶体管。而异质性整合则是在20世纪末与21世纪初所产生的概念,将晶粒与晶粒堆栈在一起,晶粒间的讯号传递方式也将更趋复杂化。这种三度空间的堆栈方式,可将手机里的内存芯片堆栈九层之多,这些内存可以是Flash、DRAM或SRAM,像是盖大楼一样一层一层往上堆栈。


摩尔所提出来的是晶粒的两度空间排列,也就是X与Y方向,而往上堆栈就属于三度空间,这个趋势将是IC产业界未来数十年最大的变革,而我将这种趋势总称为异质性整合,具体来说就是晶粒堆栈。而随着钰创的努力,多维空间的晶粒堆栈世代也将从此刻起正式来临。


晶粒堆栈将带来更大商机

黄:钰创带领半导体产业进入晶粒堆栈世代。晶粒的堆栈可以在同样的空间中增加更多的组件数量,但不同类型的晶粒进行堆栈是否有其技术上的难度?而晶粒的堆栈又将带来什么样的优势?


卢:在多层空间堆栈的时代里,钰创会将3C的相关零组件都堆栈进去,例如CPU、DSP、媒体处理器、模拟IC、RF与内存等。但是内存是很特殊的组件,以DSP与CPU为例,此两者虽然有数字与模拟等不同的技术,但两者之间毕竟较为相近,因此可以SoC的方式整合。而许多厂商过去一直试着要将内存,特别是DRAM整合至芯片上,称为Embedded DRAM,却在不断的尝试之后都宣告失败,这是因为内存的技术与逻辑芯片毕竟是不相同的。逻辑芯片讲求处理速度,而内存则是注重密度(Density)。因此钰创现今所发展的多层晶粒堆栈,其背后最大的意义在于,内存终于可以透过堆栈的方式,与逻辑芯片拉近距离。


另外,晶粒堆栈的难度在于需要将晶粒磨得很薄,约仅为现在晶粒的十分之一厚度,否则堆栈后的厚度将相当吓人。而在将晶粒磨薄、堆栈之后,晶粒层间的传输讯号要重新设计,可靠度(reliability)也需重新验证。


当把内存和逻辑芯片放在同一块电路板上的时候,需经过线路传递讯号,而这些讯号的传递过程如同人们生活中的交通工具一般,将产生许多噪讯。如果将内存堆栈在CPU之上,就类似大楼中的电梯一样方便,可省下复杂的传递过程与噪讯,因此类似EMI、Power Noise与RC Delay等问题都将更容易解决,其便利处就如同从复杂的平面交通运输摇身成为省时省事的电梯,这正是晶粒堆栈世代所能带来的优势,也是钰创全力发展的第二大方向。而钰创身为全球半导体产业发展多度空间晶粒堆栈的趋势催生者也实至名归。钰创已率先提供客户各种晶粒堆栈系统。在2000~2004年,钰创大部分的堆栈系统里还是内存,如DRAM、SRAM等,但在2004年之后已经可与逻辑芯片一起堆栈,2005年起更可与模拟芯片进行堆栈。这是个大时代的趋势,钰创自身定位除了是科技世代的贡献者,其晶粒堆栈技术也为自己的永续成长提供了更大的商机。


自行发展逻辑芯片

黄:晶粒堆栈技术将是今后半导体产业致力发展的趋势,而钰创如何将这样的趋势应用到自身产品之上?


卢:应用晶粒堆栈技术开发产品,正是钰创发展的第三个大方向。钰创将内存与内存进行堆栈,另外也将内存和逻辑芯片堆栈在一起,其应用的领域包括车用型的产品例如车用电视,以及Portable DVD的面版控制芯片。钰创在前两大方向的引导下,也开始自行发展逻辑芯片,深入了解客户的需求。让钰创如火如荼成长的车用电视、Portable DVD与Portable Display这些产品的设计重点,在于功耗低、尺寸小,其功能复杂度不比大尺寸显示器低。大尺寸显示器需求分辨率清晰,而小尺寸显示器则要求画面明亮,色彩的控制准确。钰创将内存堆栈进去之后,相当于一个堆栈系统的内存控制器在小尺寸LCD面版上的应用。钰创许多发展成果将在2005年下半年慢慢浮现,而设计、技术、质量与客户的需求,都是钰创最注重的,也因此钰创不管在世界哪一个角落,都将是半导体产业里成长和技术最坚强的企业。


看准趋势 掌握时机

黄:IBM的企业结构庞大,财务资本雄厚。您过去曾经任职于IBM一段时间,而在IBM期间所经历的研发与管理经验,对于今日担任钰创的领航员是否具有启发性的作用?


卢:IBM之所以拥有如此庞大的结构与资本,是因为IBM在赚钱的时候,一定会事先预测哪项技术的市场将下滑,什么技术未来将亏损,而提早把该部门出售,也就是在亏损来临之前便将该部门解决掉。这种永远站在趋势浪头尖端的作法正是钰创的经营理念。也因此钰创将自己比喻为一位冲浪者,永远跟在趋势的浪潮前头,只要浪潮一来,就顺势站上浪潮的尖端,并在浪潮即将退去之前,再前进至另一个浪潮顶峰。今天,消费性电子是一个浪潮,行动显示产品是一个浪潮,而另一个更大的浪潮就是晶粒堆栈技术,钰创都已看准趋势,并置身在这些浪潮的顶峰上。


泛太平洋圈将是半导体产业新浪潮

我最近推动了一个观念,叫做PPICC,也就是(Pan Pacific IC Circle;泛太平洋IC网络),这具有很大的意义。当年IC是美国人所发明的,这项发明却让有能力自行发展系统的企业得利最多,这些公司都在大西洋,如在美国、英国、法国与德国等,而今天这个浪潮从大西洋圈来到了泛太平洋圈,在泛太平洋圈里包括了美国硅谷、日本、韩国、中国、新加坡、台湾、印度,甚至是以色列等,因此我认为PPICC将会是半导体产业的新一波浪潮。


钰创过去自诩为IC设计的领导者,现在是Consumer RAM的设计领导者,更是晶粒堆栈技术的催生者。而钰创的发展利基更同时具备了天时(Timing),地利(Location)与人和(Team)三项要素。天时是钰创能看准市场趋势与时机,地利则是钰创位处PPICC泛太平洋IC网络的中心位置,人和则是钰创拥有具竞争力的人力资产(human capital)。这些都是钰创前进半导体产业第一品牌不可或缺的条件。


(整理、摄影\王岫晨)


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