中國(guó)芯片企業(yè)龍芯發(fā)布了全新的服務(wù)器芯片龍芯3D5000，值得注意的是這是國(guó)內(nèi)首款采用了芯片堆疊技術(shù)的芯片，將兩顆3C5000堆疊在一起推出了3D5000，性能提升一倍，滿(mǎn)足了服務(wù)器芯片的要求。

龍芯3C5000為一款16核處理器，其采用了國(guó)產(chǎn)14納米工藝生產(chǎn)，加上芯片堆疊技術(shù)之后，雙精度浮點(diǎn)性能可達(dá)1TFLOPS（1萬(wàn)億次），足以滿(mǎn)足主流服務(wù)器對(duì)芯片性能的要求。

龍芯3D5000服務(wù)器芯片在國(guó)內(nèi)有廣闊的發(fā)展前景，因?yàn)榉?wù)器芯片對(duì)主流的Windows系統(tǒng)依賴(lài)不高，國(guó)內(nèi)的服務(wù)器操作系統(tǒng)只有兩成左右采用Windows，華為的歐拉、阿里龍蜥操作系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)服務(wù)器市場(chǎng)占據(jù)優(yōu)勢(shì)市場(chǎng)份額，因此可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)器從芯片到操作系統(tǒng)都國(guó)產(chǎn)化的目標(biāo)。

國(guó)產(chǎn)服務(wù)器芯片已成為國(guó)產(chǎn)替代最成功的行業(yè)，從數(shù)年前國(guó)內(nèi)就已推進(jìn)服務(wù)器芯片國(guó)產(chǎn)化，中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信、建行的幾次招標(biāo)都給予國(guó)產(chǎn)服務(wù)器芯片不小的市場(chǎng)份額，不過(guò)當(dāng)時(shí)的國(guó)產(chǎn)服務(wù)器芯片大多都是ARM架構(gòu)，性能不夠強(qiáng)。

如今的龍芯3D5000的性能已是ARM架構(gòu)服務(wù)器芯片的四倍，足夠強(qiáng)大的性能，可以進(jìn)一步加速服務(wù)器芯片國(guó)產(chǎn)化，這對(duì)于美國(guó)試圖從服務(wù)器芯片著手，影響中國(guó)的AI技術(shù)、云計(jì)算等的發(fā)展落空。


芯片堆疊技術(shù)

芯片堆疊是一種封裝技術(shù)，并非晶圓制造技術(shù)。

芯片堆疊可以將存儲(chǔ)、邏輯、傳感器、基帶等集于一體，能夠提高性能、增強(qiáng)功能、縮小尺寸，甚至可以將摩爾定律向前延伸。

傳統(tǒng)芯片是一個(gè)二維平面，而芯片堆疊是一個(gè)三維平面，可以將芯片上下疊加，通過(guò)TSV提供多個(gè)晶片垂直方向的通信。

目前芯片堆疊主要分為四種：


第一種、基于芯片堆疊的3D技術(shù)

將相同的裸芯片上下堆疊，然后通過(guò)兩側(cè)的接合線(xiàn)進(jìn)行連接，最后進(jìn)行封裝。堆疊方法可以是金字塔型，懸臂式，并排式等。


第二種、有源TSV堆疊

兩個(gè)或兩個(gè)以上的裸芯片堆疊在一起，通過(guò)TSV技術(shù)將基板、芯片之間相互聯(lián)通。


第三種、無(wú)源TSV堆疊

兩個(gè)裸芯片之間放置中介層，中介層具有硅通孔（TSV），上下兩個(gè)芯片通過(guò)中介層連接在一起。


第四種、存儲(chǔ)芯片堆疊

該技術(shù)主要應(yīng)用于NAND閃存上，這種存儲(chǔ)芯片附在有機(jī)基板上，即使采用八個(gè)芯片堆疊，它們的總厚度（560μm）仍小于普通芯片的厚度。

芯片堆疊在不斷的發(fā)展中形成了很多優(yōu)勢(shì)：

降低芯片設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。在芯片設(shè)計(jì)階段，可以對(duì)單個(gè)不同的模塊進(jìn)行分類(lèi)設(shè)計(jì)，這樣大大降低了設(shè)計(jì)的難度和復(fù)雜度。

降低芯片的制造成本。在芯片制造過(guò)程中，不必對(duì)每個(gè)模塊都采用5nm、3nm的先進(jìn)工藝，例如通訊模塊就可采用14nm的成熟工藝。

提高芯片的良品率。芯片堆疊技術(shù)可以將系統(tǒng)性芯片分割成獨(dú)立的模塊，進(jìn)行單獨(dú)制造，從而降低制造的難度，提高芯片的良品率。

當(dāng)然也有很多弊端：

芯片堆疊是可行的，前景也不錯(cuò)，但是恐怕很難應(yīng)用到智能手機(jī)上。因?yàn)樾酒询B需要更多的封裝空間，以及面臨功耗增大、散熱需求增大的問(wèn)題。

智能手機(jī)空間已經(jīng)瓜分完畢，甚至連續(xù)航需要的大容量電池都不敢做，此時(shí)還要將多個(gè)芯片封裝在一起，恐怕不太現(xiàn)實(shí)，畢竟大家不想整天抱著一塊板磚。


3D堆疊應(yīng)用商業(yè)化普及

蘋(píng)果此前已經(jīng)向我們證明，芯片堆疊技術(shù)是可以大幅提升處理器的性能的。前不久發(fā)布的M1 Ultra芯片，就是通過(guò)兩塊M1 Max芯片封裝而來(lái)的。

M1 Ultra將兩枚M1 Max中隱藏的芯片間互連模塊（die－to－die connector）通過(guò)技術(shù)手段整合在一起，蘋(píng)果將其稱(chēng)之為“Ultra Fusion”架構(gòu)，擁有1萬(wàn)多個(gè)信號(hào)點(diǎn)，互連帶寬高達(dá)2．5TB／s，而且延遲、功耗都非常低。

這種堆疊方式可在性能、能耗和功能上帶來(lái)各種意想不到的好處。

沒(méi)有這種技術(shù)，蘋(píng)果智能手表Apple Watch也就無(wú)法做出來(lái)，三星最先進(jìn)的固態(tài)存儲(chǔ)器、來(lái)自英偉達(dá)和谷歌的人工智能系統(tǒng)和索尼超級(jí)快速的新型相機(jī)也不例外。

芯片堆疊也帶來(lái)了一些全新的功能。有的手機(jī)攝像頭將圖像傳感器直接疊加在處理圖像的芯片上面。額外的速度意味著，它們能夠?qū)φ掌M(jìn)行多次曝光，并將其融合在一起，在昏暗的場(chǎng)景里捕捉到更多的光線(xiàn)。

3D堆疊式芯片的普及非?？焖?，它們也必然會(huì)成為行業(yè)主流。10年前，該技術(shù)幾乎僅僅存在于高校實(shí)驗(yàn)室；五六年前，還難以找到它的商業(yè)化案例。但它如今如雨后春筍般涌現(xiàn)，出現(xiàn)在各類(lèi)的應(yīng)用上，如網(wǎng)絡(luò)化、高性能計(jì)算和Apple Watch等高端可穿戴設(shè)備。


芯片堆疊技術(shù)推動(dòng)國(guó)產(chǎn)芯片量產(chǎn)

在諸多限制和封鎖下，我國(guó)一直缺乏半導(dǎo)體關(guān)鍵設(shè)備EUV光刻機(jī)，這就導(dǎo)致中國(guó)在推進(jìn)7nm工藝乃至更先進(jìn)的工藝方面始終無(wú)法突破，但是中國(guó)芯片行業(yè)采取了兩條路線(xiàn)齊步走的方式發(fā)展芯片。

其中一條路線(xiàn)就是積極推進(jìn)國(guó)產(chǎn)芯片制造產(chǎn)業(yè)鏈的完善和技術(shù)升級(jí)；另一條路線(xiàn)則是研發(fā)先進(jìn)的封裝技術(shù)，例如華為芯片堆疊技術(shù)將兩枚同樣以14nm工藝生產(chǎn)的芯片堆疊在一起，從而取得接近7nm工藝的性能。

堆疊技術(shù)并非新技術(shù)，華為此項(xiàng)專(zhuān)利只是其中一個(gè)堆疊方法的專(zhuān)利展示。至少為國(guó)內(nèi)被芯片“卡脖子”提出了解決方案之一，在此研發(fā)過(guò)程所沉淀和積累下來(lái)的研發(fā)能力、研發(fā)隊(duì)伍、研發(fā)平臺(tái)也是有價(jià)值的。

Tensun騰盛作為在半導(dǎo)體封測(cè)領(lǐng)域有著十六年經(jīng)驗(yàn)的精密裝備供應(yīng)商，也一直不斷探索SiP先進(jìn)封裝領(lǐng)域產(chǎn)品設(shè)備的開(kāi)發(fā)和制程應(yīng)用，致力于為客戶(hù)提出半導(dǎo)體制程封測(cè)的解決方案。

只要有市場(chǎng)，中國(guó)芯片就能引領(lǐng)世界，芯片堆疊技術(shù)能最大化發(fā)揮目前的國(guó)產(chǎn)芯片資源優(yōu)勢(shì)。5G技術(shù)融入到各行各業(yè)，幫助傳統(tǒng)企業(yè)快速轉(zhuǎn)型升級(jí)，利用我們自身的優(yōu)勢(shì)去提高行業(yè)發(fā)展。