英特爾(Intel)在今年的COMPUTEX終于正式宣布，其10納米的處理器「Ice Lake」開始量產，但是另一個10納米產品「Lakefiled」卻缺席了。

雖然同樣使用10納米制程，但「Lakefiled」是一個更高階的產品，同時也將是是英特爾首款使用3D封裝技術的異質整合處理器。

圖四: 英特爾Foveros的堆疊解析圖(source: intel)

根據英特爾發布的資料，「Lakefield」處理器，不僅在單一芯片中使用了一個10nm FinFET制程的「Sunny Cove」架構主核心，另外還配置了4個也以10nm FinFET制程生產的「Tremont」架構的小核心。此外，還內建LP-DDR4記憶體控制器、L2和L3快取記憶體，以及一個11代的GPU。

而能夠將這么多的處理核心和運算單元打包成一個單芯片，且整體體積僅有12 x 12mm，所仰賴的就是「Foveros」3D封裝技術。

圖五: 英特爾Foveros的區塊與架構原理(source: intel)

在年初的架構日上，英特爾也特別針對「Foveros」技術做說明。英特爾指出，不同于過去的3D芯片堆疊技術，Foveros能做到邏輯芯片對邏輯芯片的直接貼合。

英特爾表示，Foveros的問世，可以為裝置與系統帶來更高性能、高密度、低功耗的處理芯片技術。Foveros可以超越目前被動中介層(interposers)的芯片堆疊技術，同時首次把記憶體堆疊到如CPU、繪圖芯片和AI處理器等，這類高性能邏輯芯片之上。

此外，英特爾也強調，新技術將提供卓越的設計彈性，尤其當開發者想在新的裝置外型中，置入不同類型記憶體和I/O元素的混合IP區塊。它能將產品分拆成更小的「微芯片(chiplets)」結構，讓I/O、SRAM和電源傳遞電路可以在配建在底層的裸晶上，接著高性能的邏輯微芯片則可進一步堆疊在其上。

英特爾甚至強調，Foveros技術的問世是該公司在3D封裝上的一大進展，是繼EMIB(Embedded Multi-die Interconnect Bridge)2D封裝技術之后的一大突破。

TSV與μbumps技術是量產關鍵

而從英特爾所揭露的技術資料可看出，Foveros本身就是一種3D IC技術，透過硅穿孔(Through-Silicon Via, TSV)技術與微凸塊(micro-bumps)搭配，把不同的邏輯芯片堆疊起來。

其架構概念就是在一塊基礎的運算微芯片(compute chiplet)上，以TSV加上微凸塊的方式，堆疊其他的運算晶粒(die)和微芯片(chiplets)，例如GPU和記憶體，甚至是RF元件等，最后再把整個結構打包封裝。

而英特爾目前所使用的制程已達到10納米，預計也可以順利推進至7納米，也此透過此3D封裝技術，將可在單一芯片中達成絕佳的運算效能，并持續推進摩爾定律。

英特爾更特別把此技術稱為「臉貼臉(Face-to-Face)」的封裝，強調它芯片對芯片封裝的特點。而要達成此技術，TSV與微凸塊(μbumps)的先進制程技術就是關鍵，尤其是凸塊接點的間距(pitch)僅有約36微米(micron)，如何透過優異的打線流程來達成，就非常考驗英特爾的生產技術了。

圖六: Foveros的TSV與微凸塊疊合示意(source: intel)

但是英特爾也指出，Foveros技術仍存在三個挑戰，分別為散熱、供電、以及良率。由于多芯片的堆疊，勢必會大幅加大熱源密度;而上下層邏輯芯片的供電性能也會受到挑戰;而如何克服上述的問題，并在合理的成本內進行量產供貨，則是最后的一道關卡。

依照英特爾先前發布的時程，「Lakefield」處理器應該會在今年稍晚推出，但由于英特爾沒有在COMPUTEX更新此一產品的進度，是否能順利推出仍有待觀察。