先进封装已成为高端CPU和GPU设计的核心支柱。英特尔旗下绝大多数高端客户端及数据中心处理器,均依赖其嵌入式多芯片互连桥接(EMIB)和Foveros技术。随着制程演进,多芯片策略不仅是应对制造挑战的手段,更是以可预测节奏提升性能与能效的关键路径。

EMIB:从局部互连到系统级封装

自2017年大规模量产以来,EMIB技术已从简单的裸片间连接方案,演变为支持大型AI加速器的复杂封装架构。其核心理念在于摒弃昂贵的整体硅中介层,仅在需要高密度互连处嵌入微型硅桥,其余部分沿用有机基板。这一设计显著降低了硅用量与成本。

英特尔正通过缩小凸点间距提升互连密度。早期EMIB采用55微米顶层互连(FLI)间距,随后缩减至45微米。路线图显示,未来将进一步降至36微米乃至25微米,大幅提升“海岸线”连接数量。此外,功能集成也在加强:EMIB-M在桥接器中整合金属-绝缘体-金属(MIM)电容器以优化供电;EMIB-T则引入硅通孔(TSV),允许电力垂直穿过桥接器,降低阻抗与噪声,这对兆瓦级系统级封装(SiP)及HBM4内存子系统至关重要。

根据路线图,EMIB-T计划于2028年进入量产阶段,旨在支持尺寸达12个光罩、配备超过24个HBM堆栈的大型SiP。英特尔首席执行官Lip Bu Tan在2026年8月的财报电话会议上指出,客户对EMIB-T兴趣高涨,良率与可靠性正达标,公司正致力于提升产量以支持2027年的客户扩产需求。长远来看,英特尔计划将细间距EMIB与玻璃芯基板结合,利用玻璃的低翘曲特性支撑更大尺寸封装,预计2030年后实现。

Foveros家族:覆盖全场景的2.5D/3D集成

Foveros技术已从2019年Lakefield处理器的初始形态,扩展为涵盖成本敏感型客户端到高性能计算(HPC)系统的庞大产品族。针对不同市场需求,英特尔推出了Foveros-S、Foveros-R和Foveros-B三种变体,分别对标台积电的CoWoS-S、CoWoS-R和CoWoS-L。

Foveros-S:基于硅中介层,目前支持最大四个光罩尺寸的封装。作为最成熟的技术,它自2019年起已处于量产状态,并持续向更高互连密度演进。

Foveros-R:去除硅中介层,采用扇出重分布层(RDL)技术,旨在平衡成本与性能。该技术支持低于25微米的凸点间距,密度提升至1600/mm²,计划于2027年就绪生产。

Foveros-B:结合RDL与局部硅桥,专为大型AI/HPC设计提供介于纯RDL与大型硅中介层之间的中间选项。其具体量产时间尚未披露,但设计上支持极高密度的异构集成。

Foveros Direct 3D:铜对铜混合键合突破

在垂直堆叠领域,Foveros Direct 3D代表了架构上的重大飞跃。该技术摒弃传统焊料微凸点,采用铜对铜混合键合,实现亚10微米的互连间距(第一代9微米,第二代目标3微米),互连密度高达每平方毫米10,000个连接以上,功耗低至0.05 pJ/bit以下。

这种密集互连不仅提升了带宽、降低了延迟,还改善了垂直堆叠逻辑芯片的散热路径。英特尔Xeon 6+ 'Clearwater Forest'处理器将成为首款量产搭载第一代Foveros Direct 3D的产品,预计于2026年面市,利用9微米铜键合将18A计算芯片连接至有源基础裸片。

EMIB 3.5D:纵横扩展的终极形态

英特尔的终极封装方案是EMIB 3.5D,它将Foveros的垂直堆叠能力与EMIB的水平互连能力相结合。在此架构下,Foveros模块内部实现高密度2.5D或3D互连,而EMIB则在模块间提供高带宽水平连接,从而构建超大规模SiP,无需依赖巨大的单一硅中介层。

Ponte Vecchio GPU是EMIB 3.5D的早期实践者,集成了47个有源图块。未来,结合Foveros Direct 3D的EMIB 3.5D将支持更紧密的计算模块耦合。不过,英特尔下一代Xeon 'Diamond Rapids'处理器虽采用Foveros Direct 3D进行垂直集成,但在水平互连上选择了UCIe-S而非EMIB 3.5D,显示出技术组合的灵活性。

总体而言,英特尔正通过EMIB与Foveros的互补演进,构建一个能在水平和垂直方向无限扩展的封装平台,以满足AI与HPC领域对算力与能效的极致追求。尽管目前尚未涉足晶圆级处理器领域,但其现有的先进封装组合已足以支撑未来数年的高性能计算需求。