公司营运

2006/04/30

异质性整合:系统晶体的新纪元

IC产业进入21世纪,在技术发展趋势和产业营运模式方面均产生重大改变。1990年代末期,由于在电子电路及晶片制程技术突飞猛进,各种不同功能的IC例如:数位(Digital)、类比(Analog)、记忆体(Memory)、及无线射频(Radio Frequency, RF)等, 量增大价下跌,而使电子系统能进一步降低成本,更形轻薄短小,因此被应用到更多不同的领域。同时,市场长期以来对可携式网路电子系统的需求,终于产生行动智慧装置(MIA:Mobile Intelligence Appliances),例如:PDA、随身影音装置、蓝牙、GPS、汽车和家用连结设备、数位相机、手机等商品大量兴起。这些行动智慧装置皆建立在一个类似垂直整合封闭系统中,于有限的体积尺寸内,必须因应终端客户在5C市场(computer, communication, consumer, control, and content)多变的需求,因此设计复杂度大幅提高。这个降低成本、缩小体积、同时又要扩充功能的需求,必须靠IC在次系统发挥整合功效,尽可能将数位、类比、记忆体、无线射频及电源相关等五大IC家族合并放入一个微小的封装模组中,如此一种垂直整合的系统晶片(SC: system chip)新纪元因而来临!当然技术臻至成熟时,系统晶片可普遍应用于各种电子系统而非仅供MIA使用。

在SC时代第一种趋势是系统单晶片(SOC:System-on-a-Chip),把五大家族IC其中任两类至五类不等的电路功能,整合在单一晶粒上;另一种趋势则采系统级封装 (SiP:System-in-Package),就是在一个封装中,组装不同IC种类的晶粒。在此同时也产生一种新技术可以让多片晶粒堆叠在一个封装模组中(MCSP: Multiple dies in a small Chip-Scale Package),运用第三度空间来达成更多功能或更高密度的整合。首先推出堆叠CSP 的产品均为memory combo,它可以在一个BGA封装中堆叠六层的记忆体晶粒。除了传统的打线焊接(wire bonding),也可使用solder bumps或覆晶(flip-chip)技术,而加入中介层(interposers) 以利于堆叠或散热亦逐渐被采用。

未来IC产业一个主要的挑战,是如何运用适当的成本,有效组装各式功能在一个有限的封装形式中,并使不同功能的晶粒达到最佳化的表现。随著SOC、SiP、PiP (Package-in-Package)、PoP (Package-on-Package),以及堆叠CSP技术的快速发展,可以预估未来数年最有效能的系统晶片,应是在一个CSP封装中,充分利用多维空间,整合使用异质性技术及不同电压操作环境的各种功能不同的晶粒。例如:一个堆叠晶粒的封装中会包含分开但互相用导线连结的晶粒组成( die as building block),可能包含一颗到数颗记忆体晶粒的堆叠、一颗类比晶粒堆叠在另一颗SoC或是数位晶粒上,另有一颗独立的RF晶粒位于一个多层相连结基板(interconnected substrate)之上,而这些组成晶粒都有不同的控制及I/O (Input/Output) 路径。

此外,若在此堆叠晶粒中含记忆体,则控制软体会可写入非挥发型记忆体(NVM: Non-volatile Memory)。逐渐在IC技术领域崭露头角的正是此类多度空间整合系统晶片(MDSC:Multi-dimensional Die-integration System Chip)的技术发展!多度空间整合系统晶片的架构可以被意会或引喻为大都会中之不同社区聚落一般,其架构上就好比位于纽约或台北的社区含有多栋高楼及花园洋房之聚落。

尽管行动智慧装置的发展带回了垂直整合的趋势,其所需要的企业经营模式却与80年代大型主机的时代大不相同,主要是因为四大电子系统专精知识领域,包括通路/应用、系统架构、软体、硬体/IC,其彼此间的互动模式已经更形重要,这种新的垂直整合系统,不能只成为一个封闭系统,或仅守上下一条鞭之知识传递模式,而必须发展出一个上下左右均需整合的团体,其中任何两个领域间均会产生直接地互动及影响,即使在供应链底部的应用知识层以及在顶端的IC知识层之间,也不例外。但由于1990年代水平分工的结果,今日有能力发展并拥有连接四个领域技术的公司并不多见,反而是每个领域都有数家以专业化而成功的公司。一个聚落型的整合结构则能让专精于不同领域的公司,彼此以结盟或伙伴关系互补,并进而达到各层知识有效的垂直及水平整合。为缩短IC设计周期,在这个聚落里的公司必须在早期就彼此沟通合作,计划一旦开始就共同制定规格并研发相互配合。这种形式的垂直整合称为「群聚实质垂直整合」(CCVI: Clustered Virtual Vertical Integration)。

近来不论是电子系统或是IC的产业模式,在技术发展趋势和产业营运模式方面均产生重大改变。异质性整合(HI: Heterogeneous Integration)的趋势,造就了典范的移转,其衍生的效应包括:(1)异质技术演进累聚新综效;(2)不同商业结构突变新公司;(3)蓬勃知识经济发展衍生新产业;(4)人类文化和IC使用方法能深层地交互影响并配搭而蜕变以满足终端消费者之需求(mix and match)。

顺应异质性整合之趋势,钰创科技领先开创裸晶记忆体(KGDM: Known-Good-Die Memory)技术及产品发展,持续推展扩大整体堆叠式系统IC产业规模,深耕多项「应用导向」利基型记忆体(Application-Driven Memory)产品,跨足视讯绘图卡、硬碟机、光碟机、数位电视、液晶与电浆电视面板、数位机顶盒、数位相机、手机、可携式装置、网通及车用电子等市场,赢取许多国际领袖级客户长期稳定合作关系,并与多家系统厂商结盟,发挥技术及业务整合能力,奠定公司长期成长之平台。

注:以上「异质性整合:系统晶体的新纪元」节录自钰创科技董事长卢超群博士应台湾半导体产业协会(TSIA)邀请,为其月刊(2006年四月)撰文,此文原出自卢博士于2004年以第一位华人受邀在半导体界最重要之国际固态电路会议 (ISSCC)发表之演讲,「Emerging Technology and Business Solutions for System Chips」,领先揭示了异质性整合系统IC的时代来临,月刊全文可见附档。