随着芯片制造工艺的不断进步，单个芯片上的晶体管数量不断增长，从数万个增加到今天的数百亿个。

　　长期以来，提高晶体管密度一直是实现大规模集成电路的主要途径，而我们的重点一直是升级芯片制造工艺。

　　然而，随着这个过程接近物理极限，这条道路不再可持续。多芯片封装技术的出现，为我们增加晶体管数量和电路规模提供了另一种途径。

　　就像台积电最近在IEDM上展示的芯片技术路线图一样，有两种不同的芯片集成方法:3D异质集成和单片集成:

　　1. 3D Hetero Integration，即异构3D集成技术。它是一种封装互连技术，通过将多个不同功能的裸芯片(Chiplets)垂直堆叠互连，实现芯片堆叠。优点是不同工艺节点的芯片可以混合匹配，实现更高的性能密度。

　　2. 单片集成，即单芯片集成技术。它采用统一的制造工艺，将不同功能的电路元件集成在硅衬底上，生产出单一的大规模复杂芯片。其优点是信号传输速度更快，芯片之间没有互连瓶颈。

　　两者都是实现大规模集成电路的重要途径。3D异质集成依赖于封装技术，而单片集成依赖于工艺技术。在两者的共同作用下，台积电预计将在2030年左右实现集成超过1万亿个晶体管的芯片解决方案。单芯片中晶体管的数量也在快速增长到2000亿个，制程将达到1纳米。

　　目前，最大的单芯片是苹果的M3 Max。该芯片的晶体管数量达到920亿个，采用最先进的台积电3nm工艺制造。在之前的制程节点(台积电4nm)上，最大的单芯片是NVIDIA的H100 GPU，其核心集成了800亿个晶体管，芯片面积为814平方毫米。

　　至于多芯片集成解决方案，多出现在AMD和Intel的数据中心加速卡中，比如AMD今年推出的Instinct MI300X ai加速卡。借助台积电SoIC 3D片间堆叠和cocos先进封装技术，集成了12个5/6nm工艺的小芯片(HMB和I/O均为6nm)，晶体管数量达到惊人的1530亿个。

　　英特尔的Ponte Vecchio集成了47个FPGA和HPC加速器芯片，整个芯片包含了惊人的1000亿个晶体管。

　　在面向普通用户的产品中，AMD比Intel更早采用了多芯片封装技术。早在2017年发布的EPYC服务器处理器中，AMD就采用了多芯片模块(MCM)解决方案，将多个芯片级组件集成在同一个处理器封装中。

　　2019年，该技术被应用于Ryzen系列消费级处理器。采用Zen2架构的AMD Ryzen 3000系列首次采用了芯片分离设计。核心部分采用成本较高的台积电7nm, IO部分采用12nm。最后，内核和IO部分集成在同一衬底上。

　　随后，AMD不断优化芯片架构，使AMD在性能和成本效益上有了明显的优势，并取得了巨大的商业成功。

　　相比之下，英特尔直到2024年底发布的酷睿Ultra处理器才在消费产品上使用多芯片集成封装技术。虽然比AMD的Ryzen系列稍晚，但这标志着x86芯片厂商的全面进入。Multi-chip时代。

　　酷睿Ultra有四个小芯片:Compute Tile、Graphics Tile、SoC Tile和I/O Tile，它们通过英特尔的fooveros 3D封装技术连接在一起，实现了核心架构上的异构集成。

　　据英特尔介绍，fooveros 3D封装技术的核心是通过微触点(Microbumps)将多个暴露的芯片垂直堆叠在逻辑芯片衬底上，并使用tsv(通孔)实现芯片之间的垂直信号互连。这种垂直三维封装方法可以实现异质芯片的混合封装和匹配。它的空间效率和性能密度都非常高，大大提高了芯片设计的灵活性。

　　毫无疑问，多芯片集成封装技术已经成为现在乃至未来五年芯片发展的重要技术。这也使我们对过去包装技术的演变产生了兴趣。

　　芯片封装的发展历程及代表产品:

　　1. DIP封装:双列直插式封装，流行于上世纪七八十年代，典型产品为8086 CPU。

　　2. PGA封装:有连接孔的封装形式因Intel 80486而流行。

　　3. PQFP封装:塑料四平面封装，从20世纪90年代到21世纪初用于微处理器。

　　4. BGA封装:球栅阵列，以奔腾为典型产品，流行于90年代中后期。

　　5. 倒装芯片CSP:倒装芯片级封装，用于英特尔酷睿和AMD Athlon系列cpu。

　　6. MCM封装:多芯片模块封装，EPYC服务器处理器。

　　7. 芯片封装:用于现代处理器和人工智能加速器，如Zen 4和英特尔Ponte Vecchio。

　　随着芯片小型化和功能的增加，封装技术不断发展，以满足电气性能和成本要求。

　　这些各种封装和互连技术也将不断发展和创新，推动行业实现更高的性能和复杂的异构融合芯片，以满足人工智能和高性能计算等应用的持续需求。制造工艺与包装的协同发展也将为电子信息产业开辟新的增长空间。