左、右、上、下：英特尔3D封装技术获得全方位

随着行业迈向本世纪20年代，先进的封装不仅将成为补偿工艺扩展带来的日益减少的好处的必要工具，而且有可能为具有此类能力的公司提供独特而独特的优势。多家公司走在了这场转型的前沿。在此之前，我们报道了台积电的努力，包括面向高端高性能应用的CoWoS、广泛的信息封装流程系列，以及3D IC堆叠的SOIC演示。同样，英特尔的高级封装产品组合包括2.5D EMIB和面对面3D堆叠Foveros技术。最近，该公司增加了Co-EMIB，将两者结合到一个更复杂的芯片中。

嵌入式多互连桥(Embedded MultiInterconnect Bridge，EMIB)与传统的硅内插器相比有几个明显的优势。在需要的地方在大型插入器上嵌入一小片硅片具有明显的成本优势。第一代EMIB产品已经在一系列产品中发货一段时间了，其中包括该公司的高端Stratix X FPGA和In Kaby Lake G移动芯片。到去年年初，英特尔出货了100多万种基于EMIB的产品。虽然这些都是超高端产品，因此销量并不像他们希望的那样高，以摊销技术的成本，但随着它开始发货更多的产品，这足以在技术上进行改进。与EMIB一样，Foveros在凹凸密度方面提供了更显著的提高，但它通过面对面直接堆叠两个芯片来实现这一点，这会带来更高的成本。

EMIB和Foveros都有各自的优势，但它们远非完美。以Foveros为例，它在顶部芯片和底部芯片之间提供了非常高的带宽。为了给顶模提供动力，通孔必须通过底模下降。TSV增加了阻力，虽然这可以通过增加更多的过孔来缓解，但它会产生额外的面积成本。最重要的是，禁区和现有路由拥堵的固有增加加剧了这种情况。根据英特尔的说法，保守的估计是芯片面积增加了20%。在某些情况下，这一比例可能高达70%。然后是热量的问题。对于高性能应用，散热是一个主要问题，因为顶模通过阻塞通向散热器的路径来增加热阻。传统的硅插入器通过将芯片分散在一大片硅上来避免这一问题，从而实现更好的冷却。同样，它还消除了逻辑管芯中对TSV的需要，因此不会影响面积利用率。更大的插入器增加了成本。此外，2.5D解决方案失去了3D封装的好处。这就是英特尔ODI技术的用武之地。

全向互连(ODI)是一系列全新的封装互连技术。它是越来越多的包装选项中的另一个工具，可以在有意义的地方加以利用。ODI通过大量3D封装流程弥合了EMIB和Foveros之间的差距，与硅插入器等替代技术相比，这些3D封装流程增强了电力输送和冷却能力。

ODI目前有四种变体。In调用两个主要选项“Type 1”和“Type 2”。每种类型都有两种口味-铜柱和腔体。所有四种变体都可以根据需要组合在一起。同样，底部ODI管芯可以是主动管芯、被动管芯或两者的组合。

在ODI类型1中，骰子放在两个顶骰子下面，或者放在没有完全覆盖下骰子的单个骰子下面。在ODI1中，底部芯片仅覆盖需要键合的顶芯片部分，继承了类似Foveros的互连优势，同时消除了TSV的缺点。ODI1可以是被动的，如在简单、简单、从芯片到芯片的路由的情况下，也可以是主动的，如在多个芯片之间主动路由数据或直接在多个芯片下提供高度本地化的高速缓存的情况。也可以将这种类型用于单个管芯，例如在带有HBM或某些其他逻辑的处理器的情况下。

对于散热问题更为严重的高性能应用，ODI1提供了标准2.5D插入器的额外优势，可以无障碍地直接进入冷却解决方案。英特尔提供的一个示例涉及直接连接到堆叠内存的微处理器。ODI避免了两个芯片的完全堆叠，从而为两个芯片提供了直接冷却解决方案。同时，该版本保留了芯片之间类似Foveros的高带宽互连，同时消除了通过硅插入器的长通道的需要。

从表面上看，1型腔体似乎与标准的EMIB非常相似，然而，它却截然不同。此版本中的ODI管芯实际上并未嵌入到硅芯片中

在ODI类型2中，骰子完全在顶骰子下面。在这种情况下，可以将底部管芯精确地放置在最接近顶管中所需逻辑的布线路径所需的位置，这与使用陆侧电容器(LSC)以实现效率最大化的方式非常相似。ODI2可用于增强顶芯的好处，例如通过附加附加I/O能力或本地化高速缓存。或者，它可以用来添加另一层主要功能，例如通过将加速器直接连接到处理器下面。

ODI的一个有趣特性是，所有不同的选项都可以根据需要进行混合和匹配，并在有意义的地方进行匹配。例如，可以将基模做得更大，以包含类型2配置中的多个顶模，但将边缘模设为类型1配置，从而允许它们的功率传输通过铜柱逃逸。

英特尔已经推出了数量惊人的新封装技术，涵盖了一系列能力和功能。自他们首次披露EMIB以来，直到Kaby Lake G等芯片的生产开始下线，已经花了很多年的时间。鉴于英特尔在2019年末首次披露ODI，我们可能还要再过几年才会看到这项技术-可能是在2022/23年的时间框架内，然而，随着EMIB和Foveros技术的成熟，我们很可能会看到ODI以外的新功能的进一步集成，以更快的速度投入生产。