绿色风潮重绘SoC发展蓝图　SiP异质整合接棒演出

绿色风潮重绘SoC发展蓝图　SiP异质整合接棒演出

     先进制程研发成本大幅攀升与投资效益递减的现象，已使长期以来被半导体产业奉为圭臬的摩尔定律受到质疑，而诉求异质整合效益的“超越摩尔定律”则备受推崇，并促使产业发展重心逐渐由效能与价格导向，朝向价值与质量的追求。
    
     尽管半导体业者已紧锣密鼓展开28及22奈米制程技术的竞赛，然而由于相关设备与技术投资成本日趋高昂，而量产的经济效益却相对不彰，因而引发摩尔定律(Moore's Law)气数将尽的论调，研究单位甚至预估，至2014年后，半导体产业将不再遵循摩尔定律的发展步伐，取而代之的将是由系统级封装(SiP)与三维(3D)芯片技术所主导的超越摩尔定律(More than Moore)。
    
     自高登．摩尔(Gordon Moore)于1965年提出至今，摩尔定律无疑是驱动半导体产业发展的金科玉律，即便制程节点微缩的挑战重重，半导体业者仍旧不断藉由技术创新加以克服，以遵循着每两年芯片内晶体管数量增加两倍的发展轨迹向前推进。
    
    技术/应用市场面临瓶颈　摩尔定律发展步调走缓
     然而，时至今日，随着先进奈米制程节点的技术挑战与研发成本大幅剧增，不仅有能力投入的业者寥寥无几，应用市场的规模与其所产生的经济效益也大不如前。iSuppli总监暨半导体制造首席分析师Len Jelinek指出，至20～18奈米节点时，半导体制造设备高昂的成本将难以透过机台的生产力带来等值的回收，因此他大胆预测，至2014年后，摩尔定律将走入历史并彻底改变半导体产业的经济结构。
    
     这同时也意味着，每一半导体制程世代的营收贡献期间将会拉长，芯片制造商将尽可能发挥特定节点的最大价值后，才会迈入下一个制程世代，而不再像以往那般紧紧跟随摩尔定律的脚步。也因此，如何在最适合的制程技术下，依旧满足市场对尺寸、功耗与效能日益严苛的要求，便成为半导体业者苦心积虑突破的关卡，而以SiP、3D芯片等技术为核心并强调异质整合能力的“超越摩尔定律”遂逐渐浮上台面。
    
    由量变到质变　“超越摩尔定律”重要性日增
     众所周知，过去40年来，在摩尔定律的驱策下，半导体业者主要着重在芯片价格、效能与功耗等三大面向的改进，并致力于系统单芯片(SoC)技术的发展，让许多原本体积庞大的电子产品“瘦身”成为轻巧的口袋型装置，大幅提升人们的生产效率。然而，随着“超越摩尔定律”的兴起，半导体产业的发展重心，已由以往对效能与生产力的要求，转而聚焦生活质量的改善和提升，也因而加速促成绿色电子风潮的成形。
    
     恩智浦(NXP)资深副总裁暨技术长Rene Penning de Vries表示，半导体产业的典范正由追求更快生活效率的价值观，逐渐转移至对更好生活质量的重视，这也代表半导体方案将摆脱以往价格至上且一体适用的做法，而倾向以量身定做的方式来创造独特价值。
    
     因此，为达此目的，模拟及混合讯号技术，以及SiP、3D芯片等实现“超越摩尔定律”的相关技术便至为关键。Penning de Vries以恩智浦所开发出的新式省电灯泡(CFL)驱动器为例指出，现今白炽灯泡的镇流器(Ballast)多是采用多颗离散组件所设计而成，而该公司则是利用模拟暨混合讯号技术与独特的600伏特高压制程技术研来打造更小、更可靠且效率更好的省电灯泡。
    
     此外，恩智浦亦计划利用SiP异质整合技术，将传感器与无线射频辨识系统(RFID)芯片整合成一个卷标，可贴于食物包装上，以准确监测食物的新鲜度，避免食物超过保存期限或于运送途中因温度过高而腐坏，进而解决食物浪费与短缺的问题。
    
    摩尔定律未死　SoC/SiP相辅相承
     虽然“超越摩尔定律”的重要性已显著提升，但半导体业者普遍认为摩尔定律并未就此退隐江湖，仍将在半导体产业的发展上扮演举足轻重的角色。Penning de Vries即强调，SiP技术虽在此波绿色风潮中身价高涨，但SoC的发展能量也依旧持续，只是其所能创造的额外价值正逐渐递减。最明显的例子在于个人计算机的微处理器，2.4GHz与2.8GHz的执行速度，显然已不再是使用者最大的考虑，相反的，若计算机的节能效果由80%提升到90%，对消费者而言就是显而易见的差异。
    
     德州仪器(TI)首席科学家方进(Gene A. Frantz)则认为，SoC的整合将持续发生，尤其是嵌入式处理器仍将透过更多晶体管的整合来提高效能。不过，必须注意的是，现今数字讯号处理器(DSP)或嵌入式处理器的电压已降至约1伏特，但真实世界的应用系统如车用电池正由12伏特朝48伏特以上发展；最近相当热门的太阳能系统，电压也高达400～500伏特。这意味着若要在更小的芯片尺寸中，同时整合电压仅1伏特的高效能嵌入式处理器、5或10伏特的模拟电路，以及可能高达100伏特的接口电路，将须仰赖SiP技术才能达成。
    
     事实上，目前德州仪器也已在其OMAP产品线中大量采用SiP技术，藉此扩大内存容量，以提高产品创新空间。
    
     方进进一步指出，摩尔定律之所以面临瓶颈，主要在于产业界不知该如何运用现有的技术成果，其中，缺乏系统级的创新更是最关键的问题所在，但他相信，藉由SiP与3D芯片技术的运用，未来摩尔定律仍将有很大的创新空间，并持续驱动半导体产业向前迈进。