台积电更新 SoIC 3D 芯片封装堆叠技术路线图:2029 年互连间距缩至 4.5μm

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4 月 30 日消息,在北美技术研讨会上,台积电更新公布 SoIC 3D 堆叠技术路线图,明确了未来几年的技术演进方向。台积电计划缩小现有的 6μm 互连间距,目标到 2029 年缩小至 4.5μm。

注:SoIC 全称 System on Integrated Chips,是台积电开发的 3D IC 封装技术,通过垂直堆叠多个芯片实现高性能、高密度的集成。

相比传统封装,SoIC 利用混合键合技术实现芯片间的直接互连,大幅缩短信号路径,降低功耗与延迟,适用于高性能计算与 AI 芯片。

在技术路径上,SoIC 主要分为 Face-to-Back(F2B,背对背)和 Face-to-Face(F2F,面对面)两种堆叠方式。F2B 堆叠受限于物理结构,信号必须穿过底部的硅通孔(TSV)和多层金属,不仅增加延迟和功耗,还限制了互连密度。

数据显示,F2B 设计的信号密度仅为 1500 个 / mm²。相比之下,F2F 堆叠通过混合铜键合技术直接连接两块芯片的金属层,无需使用 TSV,信号密度大幅提升至 14000 个 / mm²,让芯片间的通信性能接近片内互连水平。

从纯粹的互连间距来看,台积电在 2023 年实现了相当精细的 9µm 间距,足以支持 AMD Instinct MI300 系列等产品,但第一代 SoIC 仅支持 F2B 设计。台积电在 2025 年把互连间距缩短到 6μm,并预估到 2029 年间距将缩小至 4.5µm。

以上图源:台积电

富士通的 Monaka 处理器是该技术的首个重量级应用。这款面向数据中心的 CPU 拥有 144 个 Armv9 核心,其计算模块采用台积电 N2 工艺制造,并通过 F2F 方式堆叠在 N5 工艺的 SRAM 芯片之上。