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在过去的十年里，半导体领域迎来了高度集成的时代，小型化和高密度封装成为推动力。HBM（高带宽内存）、芯片组、多层堆叠存储等技术成为热门话题，从芯片封装的外观无法判断其内部集成了多少硅芯片。在《パッケージのサイズからは判別不能 「シリコン面積比率」が示す高密度実装》以“芯片面积与封装面积比率”为视角，解析2023年引起关注的一些芯片，这个视角很新颖！值得给大家推荐看看。
高密度封装成就半导体进步
半导体的高度集成化在微小化和高密度封装的推动下取得了巨大成功。近年来，HBM（高带宽内存）、芯片组、多层堆叠存储等技术成为热门话题。其中，将多个芯片集成在一个封装中的技术早已被广泛应用，如MCM（多芯片内存）、MCP（多芯片封装）、SIP（芯片内硅包装）等。通信用功率放大器，从外表看起来可能只是一个封装，但打开后却会发现其中包含多个芯片，实际的硅芯片数量常常是表面看到的2倍以上。
1）iPhone 15 Pro的A17 Pro处理器
去年9月发布的Apple「iPhone 15 Pro」搭载的3纳米制程「A17 Pro」，通过“芯片面积与封装面积比率”来了解其内部情况。
在Apple标志一侧实现了DRAM，而在另一侧嵌入了A17处理器和用于电源稳定的硅电容。内存部分采用了Micron Technology和SK hynix制造的LPDDR5内存，附带了用于强化的虚拟硅芯片。在处理器一侧，为了实现高速运算，布置了与处理器直接相关的硅电容。整个A17 Pro的封装内共有16个硅芯片，其中11个用于提高特性，2个是用于强化封装结构的虚拟硅芯片。
A17 Pro的16个硅芯片总面积是封装面积的2.26倍，表明其高度集成，实际上相当于2.26层的效果。
2）MacBook Pro的M3 Max：更大+更多
去年11月发布的Apple「MacBook Pro」搭载的「M3 Max」，处理器采用金属LID进行整体覆盖，内部结构更为复杂。
在取下LID后，可以看到四个内存芯片，两侧各两个，以及处理器在中央。封装的端部插有29个硅电容。在128GB版本中，每个内存封装内含有18个硅芯片，其中有29个是硅电容。M3 Max内部硅芯片的分布和“芯片面积与封装面积比率”。M3 Max内部共有102个硅芯片，其中64个是内存芯片，29个是硅电容。硅电容位于M3 Max处理器的内存接口、CPU、GPU等高速运算器件上方，其配置与iPhone类似，分为功能芯片和特性芯片，合理布局以实现最佳性能。
M3 Max的“芯片面积与封装面积比率”为1.59，相对于A17 Pro稍有降低，但M3 Max在其封装中高度集成，相当于1.6层的效果。Apple的产品总体上具有高“芯片面积与封装面积比率”，在封装中充分利用了硅芯片的面积。
3）展望未来：NVIDIA的H100芯片
NVIDIA的「H100」（80GB版）和Intel的「Xeon w9-3495X」、AMD的「EPYC 9654P」，不同芯片的“芯片面积与封装面积比率”。NVIDIA的「H100」（80GB版），其中包含48个硅芯片。根据计算，“芯片面积与封装面积比率”为2.24，相当于A17 Pro的高度集成水平，主要得益于内存的堆叠和硅插板技术。
4）Intel的「Xeon w9-3495X」和AMD的「EPYC 9654P」
这两颗芯片的内部结构，两者的“芯片面积与封装面积比率”分别为0.41和0.23，相对较低。与高度集成的A17 Pro、M3 Max和H100相比，这两者的硅芯片利用率较低，硅芯片分布相对散乱。
芯片的硅芯片数量和“芯片面积与封装面积比率”发展表明，芯片趋向于模块化，未来随着芯片堆叠和高密度封装的发展，芯片面积的有效利用将变得更为重要。
小结
在半导体领域，芯片封装已经成为高度集成和高密度实现的重要手段。通过深入研究“芯片面积与封装面积比率”，可以了解芯片在封装中的布局和利用程度。随着技术的不断进步，芯片领域朝着更高“芯片面积与封装面积比率”方向发展，推动电子设备的性能提升和体积进一步缩小。
