Silicon Box察覺到當前市場缺乏chiplet的先進封裝能力，因此決定填補這個空白。其生產模式僅專注于chiplet，這是以前從未見過的。這家芯片初創(chuàng)公司在新加坡成立，就承諾斥資20億美元建立先進的半導體代工廠。它的出現證實了chiplet的史詩才剛剛開始，未來還會有許多精彩的篇章。

Silicon Box提供從設計到生產以及先進封裝的chiplet服務。這家初創(chuàng)公司聲稱其首條生產線已經運行，樣品已經送到了客戶手中。他們表示，準備在今年晚些時候開始量產。

本文是關于Silicon Box如何誕生，背后推手是誰，以及他們如何計劃改變行業(yè)的基礎設施以支持chiplet的故事。

首先是Sehat Sutardja，他的偉大想法是將SoC分解成碎片，像樂高積木一樣來構建異構集成芯片。

Sutardja將這種架構稱為“MoChi”，即Modular Chip的簡稱。

時任Marvell CEO的Sutardja在2015年2月ISSCC（International Solid-State Circuits Conference）的演講中首次提出MoChi。他強調，工程師需要新的互聯和存儲架構，以降低下一代芯片和系統(tǒng)的成本和復雜性。

在那次演講之前，Sutardja一直在推動行業(yè)支持MoChi。他游說AMD的CTO Mark Papermaster，建議Marvell和AMD合作開發(fā)MoChi。在那次會議上，Papermaster問Sutardja，“為什么要叫它MoChi？聽起來太復雜了。” Papermaster喜歡這個概念，但不喜歡這個昵稱，所以提出，“我們?yōu)槭裁床唤兴點hiplet呢？”

于是，一個新名詞誕生了。 在一篇計劃在2015年發(fā)表的技術論文中，Sutardja已將他的架構命名為“MoChi”。他無法改變這個，但他喜歡Papermaster的修改。

Chiplet的旅程????

命名很簡單。但之后，chiplet的道路卻不平坦。

回顧過去，Sutardja表示，當他提出MoChi（或chiplet）的概念時，“大家都說誰會需要它。他們都想要一塊大芯片。實際上，幾乎每家公司都對它嗤之以鼻。” Mark Papermaster是唯一的支持者。

八年后，大家（無論是芯片制造商還是客戶）都成了chiplet的粉絲，到處都在高喊著chiplet。

他說，這種變化是因為“如果你是一家初創(chuàng)公司，今天想要構建一個新的SoC，你需要3-4億美元。”

除了SoC高昂的成本之外，chiplet受歡迎還因為人們越來越擔憂SoC無法滿足許多新一代應用對于更高性能、更低延遲和更低功耗的需求。

Sutardja說：“我2015年的技術論文中有兩部分內容。一部分是關于使用模塊化芯片來構建芯片，就像樂高積木一樣。另一部分是關于將更高帶寬的內存集成到處理器的需要。如果你有更高的內存帶寬，你會得到更高的性能。更高的帶寬也意味著更低的延遲。如果你的內存帶寬有限，GPU會變慢，因為GPU的所有核都必須等待其它核獲取數據。”

缺失的環(huán)節(jié)??


從架構上講，芯片設計師對chiplet的態(tài)度是積極的。他們需要chiplet，并且是立刻。

但有一個問題。Sutardja觀察到，直到最近，行業(yè)才意識到“沒有先進封裝的能力來集成chiplet”。

這不正是OSAT（Outsourced Semiconductor Assembly and Test）該挺身而出的地方嗎？ 并非必然。

目前的OSAT公司并不具備從事先進芯片封裝研發(fā)和生產的條件。從財務上講，Sutardja表示，這種努力會是“一場災難。”

OSAT公司忙于保護他們現有的封裝業(yè)務和產品線，他們既沒有動力去殺死自己的搖錢樹。Sutardja認為，如果OSAT公司承擔了數十億美元的投資（包括一個新的晶圓廠），去開發(fā)chiplet的先進封裝，那么華爾街將會對他們進行懲罰。同時，OSAT公司仍然需要獲取必要的特殊技術來進行晶圓級封裝。

Why Silicon Box？???

盡管如此，Silicon Box的三位創(chuàng)始人認為，市場迫切需要一家集設計、組裝和封裝于一體的新型chiplet工廠。

長期以來，Sutardja和Silicon Box的CEO BJ Han一直癡迷于制造集成度更高的芯片。Han說，“這一切開始于一次私人對話”，當時他在貝爾實驗室當物理學家，而Sutardja在Marvell。“我們爭論利弊，直到爭論得面紅耳赤。”

在貝爾實驗室，Han從事材料工作，研究電路和封裝。他是第一個在封裝產品中使用步進器的人。Han解釋說，“展望未來三十年是貝爾實驗室的使命。我們爭論利弊，嘗試了許多實驗，并靜靜地等待時機。”

Han以嚴謹的工程技術，將同樣的流程應用到Silicon Box。可以說，Han是Silicon Box的秘密武器。

在貝爾實驗室之后，他在一系列公司工作。作為Amkor Technology的研發(fā)主管（1996-1999年），他推動了一些現在市場上最受歡迎的芯片封裝技術。包括Amkor的MLF（Micro Lead Frame）封裝，被廣泛認知為QFN（Quad Flat No-Lead）封裝，其CABGA（Chip Array Ball Grid Array），被稱為FBGA（Fine Pitch Ball Grid Array），以及CSP（Chip-Scale Packaging），或者DRAM的BOC（Board on Chip）。

封裝專家Han和芯片設計師Sutardja的相遇，為Silicon Box創(chuàng)造了巨大的優(yōu)勢。

Sutardja觀察到，“今天每個人都在孤立地工作”。芯片設計人員的工作是秘密進行的。只有在設計接近尾聲時，他們才會向封裝人員提出減少或增加金屬間距或層數等問題。在那個后期階段，封裝人員幾乎總是會拒絕設計人員的需求。

簡而言之，“沒有人為了芯片的整體性能而優(yōu)化設計或封裝”。同時，每個人都在恐慌，因為似乎沒有人知道其中的利弊，也沒人知道芯片設計師或封裝工程師采取某些行動的后果。

TSMC???????????????

在晶圓廠中，TSMC是個例外。它能夠制造和封裝chiplet。

Sutardja說：“TSMC相當獨特。他們不僅有龐大的資源，而且對他們的大客戶非常友好。”

如果A公司希望TSMC以某種方式生產chiplet，TSMC愿意這樣做，使用TSMC的CoWoS平臺的變體，例如稱其為CoWoS X。B公司可能希望有所變化，TSMC將進行適配，并將其標記為CoWoS Y。

這對TSMC的客戶來說都很好。但是，這并不能幫助行業(yè)看到哪種chiplet效果更好。Sutardja預測，“十個中有九個會失敗。希望成功的那一個能成為標準。”然而，即使晶圓廠弄清楚了什么是有效的，也未必能找到成本最低的生產模式。他強調，“你可以過度設計，卻永遠找不到最具成本效益的解決方案。”

盡管如此，根據Sutardja的說法，Silicon Box對Sutardja和Han的團隊能夠成功有足夠的信心。他說：“我們并不是FinFET或GAA晶體管方面的專家，因為那不是我們所做的。但在金屬化、基本知識和化學方面，我們在世界首屈一指。”

還有另一個問題。

TSMC是晶圓廠，它并不是一家封裝公司。為什么TSMC在先進的chiplet封裝中占據如此重要的地位？

答案很簡單，Sutardjia表示，Chiplet的先進封裝“如此復雜，以至于沒有一家OSAT公司能做到。或者，這個任務實在太難了。”

晶圓與面板??????

在chiplet封裝中，TSMC正在使用晶圓InFO（integrated Fan-Out）或CoWoS，一種晶圓級系統(tǒng)集成平臺。

雖然TSMC正在使用一個300mm的圓形晶圓，但據Han稱，“但我們在Silicon Box，正在使用一個更大的600mmx600mm面板。我們稱之為方形基板。”Silicon Box的競爭策略是使用更大的面板并容納更多的方形或矩形瓦片（tile），根據瓦片的大小，可容納的單位數量是正方形或長方形瓦片的6-9倍。這使得成本可能降低五分之一。

那么Silicon Box的方形面板的材料是什么呢？

例如，Intel計劃使用玻璃作為chiplet的基板。Intel的高級副總裁兼裝配/測試發(fā)展總經理Babak Sabi在最近的Semicon West上說，“玻璃基板讓我們能夠將這些由AI所需的巨大復合體聚集在一起，你可以完全省去interposer。”

對于Silicon Box來說，問題在于如何最佳地優(yōu)化不同類型的chiplet的成本。數據中心AI、客戶端設備和電動車的chiplet需要不同的成本結構。Han未透露他的公司用于方形基板的具體材料。

Sutardja說：“我們并沒有使用一些瘋狂的東西。對于我們所知的材料，我們有辦法克服挑戰(zhàn)，無論遇到什么問題。”

中國?????

如果由于當前的中美政治緊張局勢，中國無法從TSMC那里獲得更精細的2D工藝技術，那么chiplet可能會為中國客戶開啟新的可能性。Chiplet的方法可以讓在不同工藝節(jié)點生產的chiplet在一個封裝中進行混合和匹配。Silicon Box位于新加坡，是一個中立區(qū)域。Sutardja說：“你看，我們不是一個政治組織。我們提供的技術將使全球數十億人能夠以一半的功率獲得雙倍的計算性能。”

行業(yè)支持?

曾在Marvell任CEO的Sutardja和公司總裁Dai在2016年4月從他們共同創(chuàng)立的公司中辭職。這發(fā)生在激進投資者Starboard Value LP公開在Marvell持股后不久。

盡管調查證明兩位高級執(zhí)行官沒有任何不當行為，但他們對Marvell銷售團隊的強硬態(tài)度以及一些財務不規(guī)則行為，導致了公司創(chuàng)始人被逐出的結果。

當被問及那段歷史時，Sutardja說：“我和公司有一份協議，不會詆毀任何人。”Dai指出已經有一些公司排隊成為Silicon Box的客戶，他表示“行業(yè)知道我們的業(yè)績，并且信任我們。”

先進的封裝技術是chiplet成功因素中的缺失環(huán)節(jié)。Silicon Box聲稱它已經準備好滿足這個需求，且具成本效益。他們甚至自豪地宣稱，未來將在新加坡以外的地方建立更多的工廠。但首要的最大挑戰(zhàn)是要證明那些質疑者們是錯的，他們認為一個初創(chuàng)的chiplet代工廠是個遙不可及的夢想。

審核編輯：劉清