说起芯片制造，大家都知道制程工艺的重要性，这是芯片行业的根基，不过随着半导体工艺越来越复杂，提升空间越来越小，而人们对于芯片性能的追求是永无止境的，尤其是进入新的 AI 时代之后。

这个时候，封装技术的重要性就愈发凸显了，不但可以持续提高性能，更给芯片制造带来了极大的灵活性，可以让人们进化随心所欲地打造理想的芯片，满足各种不同需求。

Intel 作为半导体行业龙头，半个多世纪以来一直非常重视封装技术，不断推动演化。

最近，Intel 先进系统封装与测试事业部副总裁兼总经理 Mark Gardner 就特意分享了 Intel 在封装技术方面的最新成果与思考。

在以往的 SoC 单芯片时代，封装技术往往不被在意。

随着近些年 chiplets 芯粒的兴起和流行，封装技术变得至关重要，芯片的复杂度和优化也呈现指数级增长。

比如在一个 AI 加速器中，一个封装内会集成多个芯片，包括但不限于 CPU 计算模块、GPU 加速模块、HBM 高带宽内存和其他各种 IP，需要将它们以最合理的方式整合在一起，各自发挥最大性能，还得做到高带宽、低延迟的互联。

这就让封装技术真正走向前台，成为行业焦点。

说到封装技术，Intel 应该是最不陌生的，悠久的历史上经历了诸多演变。

早在 20 世纪 70 年代，微处理器发展初期，使用的还是 Wire-Bond 引线键合封装技术，包括 QFP 方形扁平、QFN 方形扁平无引脚，因为那时候的芯片非常简单，甚至可以手工丝焊，直到现在一些简单芯片也在使用。

90 年代的奔腾处理器，用上了倒装键合、陶瓷基板的组合，后来又发展出了有机基板，以及初步的多芯片整合封装。

最近几年，Intel 处理器的封装技术开始多点开花，EMIB 2.5D、Foveros 3D、EMIB 3.5D、Foveros Direct 3D 等各种方式层出不穷，经常还会混合搭配使用，从而制造更加复杂、强大的芯片。

这些技术并非一朝一夕之功，而是长期发展的结果，比如基于 EMIB 2.5D 的首个产品 Kaby Lake-G 已经投产将近十年了，它也是唯一一款集成了 AMD 核显的 Intel 处理器。

另外，Intel 近期还提出了玻璃基板 ( Glass Substrate ) 、玻璃核心 ( Glass Core ) ，目前仍在推进中，计划在本世纪 20 年代后半期推出 ( 也就是 2025-2030 年间 ) ，作为整体平台的一部分。

Intel 认为，玻璃核心的关键在于持续扩展，包括微凸点技术、更大的基板尺寸、增强的高速传输等。

在新的形势要求下，Intel Foundry 代工增加了系统级架构和设计服务，与产品部门深度合作，不断提出更先进、更高效的封装技术，再反哺给产品设计与制造。

比如几年前的数据中心 GPU Max ( 代号 Ponte Vecchio ) ，就使用了多达 5 种不同制造工艺，封装了多达 47 个不同模块，耗费了 1000 亿规模的晶体管。

这就是 Intel 代工完整的先进封装产品组合。

最左边是 FCBGA ( 倒装芯片球栅阵列封装 ) ，有两种不同的版本：FCBGA 2D、FCBGA 2D+。

其中，FCBGA 2D 就是传统的有机 FCBGA 封装，仍在量产中，非常适合低成本的简单产品，不需要高速 I/O 或芯片间高带宽连接。

FCBGA 2D+ 增加了基板层叠技术 ( Substrate Stacking ) ，适合芯片本身不复杂，但是主板连接部分尺寸较大的产品，成本更优，尤其是在网络和交换设备领域。

中间的是 EMIB ( 嵌入式多芯片互连桥接 ) ，也有两种版本：EMIB 2.5D、EMIB 3.5D。

EMIB 2.5D 面向单层芯片，也可以进行 HBM 堆叠，芯片通过基板上的微型硅桥实现连接，适合高密度的芯片间连接，在 AI 和 HPC 领域优势显著。

EMIB 3.5D 引入了 3D 堆叠技术，芯片堆叠在一个有源或无源基板上 ( 比如中介层 ) ，更加灵活，比如某些 IP 模块因为对互联距离、延迟的高要求，不适合水平连接，就得垂直堆叠。

最右边是 Foveros，可以细分为两个版本：Foveros 2.5D、Foveros 3D、Foveros Direct 3D。

其中，Foveros 2.5D/3D 和 EMIB 2.5D/3.5D 类似，可以与其他中介层技术结合使用 ( 3D 更强调垂直堆叠 ) ，不同之处在于采用基于焊料的方式连接芯片与晶圆，而不是基底连接，适合高速 I/O 与较小芯片组分离的设计。

值得一提的是，EMIB 2.5D 可以非常顺畅地转换到 EMIB 3.5D。可以把已经定义、设计和制造的 GPU 或者 HBM 芯片采用 EMIB 2.5D 技术集成，然后无需改变任何设计，就可以再将其集成到 EMIB 3.5D 封装的单元上。

Foveros Direct 技术则进一步采用铜 - 铜直接键合，而不是焊料与焊料的连接，因此可以实现最高的带宽、最低的功耗。

事实上，这些封装技术都不是独立的，往往并非单一存在、彼此排斥，尤其是 AI 和 HPC 产品经常结合使用多种技术，比如可能会采用 Foveros Direct 3D，同时与 HBM 连接，最终形成 EMIB 3.5D 封装。

这些封装技术并非停留在路线图上，而是现实，已经落地商用，有些更是用了多年，涉及多代产品。

但是不同的芯片如何选择最适合的封装技术，仍然是一个难题，比如为什么说 EMIB 是 AI 芯片的理想选择？有哪些优势？上边这张图就可以给出答案。

EMIB 2.5D 与硅中介层 ( Si Int ) 、重布线层 ( RDL ) 中介层等其他 2.5D 封装技术相比，第一个优势就是最低本。

从图中可以看到，EMIB 桥接是一种非常小的硅片，可以高效利用晶圆面积，利用率往往超过 90％，而其他中介层技术因为是大型封装结构，会造成很大的晶圆面积浪费，利用率可能只有 60％左右。

尤其是扩展到更大面积的芯片复合体时，EMIB 的成本优势会呈指数级增长。

第二个优势是最的良率，第三个优势是最快产周期，二者紧密相连。

它不需要晶圆级封装，或者叫芯片对晶圆 ( Chip-on-Wafer ) ，这包括将顶层芯片附着到晶圆上，涉及模具、凸点等多个工艺步骤，不但增加了良率损失的风险，所需要的步骤和时间也更长，往往得多花几个星期的时间。

在如今变化多端的市场形势下，如果能提前几周获得样片，并进行测试和验证，对于客户来说是极具吸引力的。

第四个优势源于硅桥嵌入基板的特性，可以匹配更大的遮罩 ( Reticle ) 。

制造基板时，实际上是在一个大的方形面板上进行，能够极大地提高面板利用率，而基板尺寸与面板相匹配，可扩展性更好，可以适应大型复杂封装的需求。

对于 AI 芯片来说，肯定都希望在一个封装中集成更多的 HBM，容纳更多的工作负载。EMIB 2.5D 就能很好地满足。

第五个优势是多样化的供应链支持。

EMIB 为客户提供了更多的灵活性和选择权，而且它已经应用了近十年，拥有成熟的技术和供应链。

Intel 一直是 2.5D 封装的领导者，拥有庞大无比的产能。

第三方数据显示，Intel EMIB 2.5D、Foveros 2.5D 封装的总产能，对比行业晶圆级先进封装的总产能，规模领先 2 倍以上。

因此，无论客户有多么急迫、多么大规模的产能需求，Intel 都可以轻松满足。

迄今为止，Intel 已经完成了超过 250 个 2.5D 封装设计项目，既包括 Intel 自己的产品，也包括第三方客户的产品，涵盖几乎所有领域。

对于复杂封装而言，测试和验证也是至关重要的一环。

毕竟，当一颗芯片内封装了四五十个不同模块的时候，哪怕只有一个不合格，也会导致整体报废。

所以，不能等待整颗芯片封装完成之后再进行测试，那样风险就太高了。

Intel 开发了一种名为 " 裸片测试 " ( Die Sort ) 的技术，将一整块晶圆切割成一个个单独的裸片，在组装到基板上之前就进行分类和测试。

由于裸片面积很小，加热和冷却都可以非常快速、精确，一两秒就能变化约 100 摄氏度。

这种精确的热控制，使得过去只能在最终测试阶段做的工作，提前到了裸片测试阶段，从而更早地发现缺陷、及时纠正，进而显著提高生产效率与良品率。

裸片在基板上堆叠完成之后、整体封装完成之前，Intel 还可以进行一次 " 堆叠芯片测试 " ( Stacked Die Sort ) ，进一步测试与验证功能、性能的完整性。

以一颗包含多个不同模块、采用 3D 堆叠技术的复杂 AI 加速器为例，看一下 Intel 的多种封装、测试技术是如何协同工作的。

首先，EMIB 可以替代传统的大型、昂贵的中介层或桥接器，从而降低成本，提高生产效率、良品率。

EMIB 有一个很关键的点叫做热压键合 ( Thermal Compression Bonding ) ，可以让裸片更高效地组装到基板上。

EIMB 可以结合 Foveros Direct 技术，包括 3D 混合键合 ( 3D Hybrid Bonding ) ，获得最佳优化封装组合。

接下来是超大封装 ( Large Packages ) ，Intel 目前正在开发 120 × 120 毫米的封装尺寸，预计未来一两年就能量产，而且不会止步于此。

不过，随着封装尺寸越来越大，很容易出现明显的翘曲 ( Warpage ) 问题—— NVIDIA Blackwell 就不幸遇到了。

为此，Intel 引入了一系列创新技术，结合热优化，从而能够在翘曲情况下依然进行板级封装 ( Board Assembl ) 。

然后是硅片与封装协同设计 ( Silicon Package Co-Design ) ，以及模拟裸片测试 ( Simulated Die Sort ) ，它们共同打造了差异化的 AI 产品。

最后，Intel 代工自独立以来，已经调整了策略，从而提供更灵活的代工服务。

比如，客户可以只选择 Intel 代工的 EMIB 技术或封装服务，芯片部分则交给其他代工厂。

比如，客户可以只需要 Intel 代工的裸片测试方案，同样能单独提供。

Intel 代工在晶圆制造层面也采取了相同的策略，可以灵活地根据客户需求，提供最有价值的服务。

事实上，Intel 与台积电、三星等其他代工厂虽然有竞争关系，但其实一直存在密切合作，制定了互相兼容的设计规则，以确保其他代工厂生产的晶圆，可以兼容 Intel 代工的封装技术，从而为客户提供更多选择，使其能够自由地综合使用不同代工的技术。

Intel 还透露，AWS 亚马逊云、思科都已经成为 Intel 代工的封装服务客户，合作主要集中在数据中心服务器、AI 加速器产品领域。