借力英特爾專利技術 Altera第十代Stratix具備獨特優勢

　　觀察兩大可程式化邏輯元件供應商賽靈思(Xilinx)與Altera之間的較勁，就如同看蘋果(Apple)與三星(Samsung)之間的戰爭一般令人興奮;不過筆者并沒有要比較上述兩家公司，而是著重于他們嘗試將技術推向極限以保持市場競爭優勢的、令人屏息的熱忱。

　　Altera在不久前才發表了第十代Stratix系列產品(參考閱讀：采用創新架構　Altera最新Stratix 10亮相);該公司所關注的設計挑戰與今日的各種關鍵應用相關，包括資料中心、物聯網(IoT)、400G/terabit網路、光學傳輸、5G無線通訊與8Kg訊。以資料中心為例，這類應用對更高的運算性能、靈活度與節能效益有越來越多需求;不過資料中心偏好使用商用伺服器，如此能更容易維護一個快速擴充的基礎設施。

　　物聯網是將各種智慧裝置相互連結在一起，以及與云端或是資料中心連結;這類應用需要高頻寬的基礎設施，好將資料中心處理分析過的資訊傳送到連網裝置上。因此，Altera認為這類具備最高成長潛力的應用領域，將會同時帶來為迎合以下需求必須克服的挑戰：不斷增加的功能、更高的頻寬與靈活度，以及最基本的小尺寸與更低耗電需求;當然還有最低成本。

　　所有這一切無法輕易地在電路板上實現，理由與不斷驅使我們實現更高整合度的原因是一樣的：PCB的尺寸大到無法達成我們渴望的功能性。再加上互連介面的頻寬限制，以及PCB走線的功率耗損，因此你有足夠的動機持續追求摩爾定律(Moore‘s Law)的預測。

　　Altera以更精細的14納米制程來因應以上挑戰，而對手Xilinx則是在最新Virtex、Kintex 與Zynq系列產品采用臺積電(TSMC)的16納米制程(發表時間在Altera的Stratix 10問世前不久);不過因為有各種IP區塊、嵌入式DRAM與快閃記憶體、影像感測器以及邏輯，成熟技術各自在不同的制程節點，積體(monolithic)解決方案已經不可行，所以兩家公司紛紛采用異質3D封裝技術。不過因為作法不同，在性能與成本方面也會有所不同。

　　Altera的異質3D SiP技術將收發器裸晶(該公司稱之為Tile)與核心FPGA結構裸晶分開，因此收發器是位于核心結構旁邊，能以不同的制程節點來生產。

　　圖1： Altera的異質3D SiP技術將收發器Tile與核心FPGA結構裸晶分開

　　因此能以不同的制程節點來生產

　　最初的Stratix 10收發器Tile，包括PCIe Gen3 x16硬IP區塊;Altera表示，未來可能會推出其他硬體IP，例如PCIe Gen4、多埠乙太網路以及光收發器(更多Stratix 10相關資訊請參考此連結)。

　　而Altera的解決方案與Xilinx產品最大的差異化，在于前者采用英特爾(Intel)專利的EMIB (Embedded Multi-die Interconnect Bridge)技術;EMIB是具備多繞線層(routing layer)的小型橋接晶片，可取代矽中介層(interposer)與矽穿孔(TSV)技術。

　　根據Intel與Altera的介紹，這種EMIB技術能降低訊號劣化與延遲的問題，因為裸晶不必透過中介層與TSV與封裝連結。

　　EMIB vs. 矽中介層-TSV

　　在一般晶片封裝中，矽中介層是一片比其他封裝中的互連裸晶尺寸更大的矽;而EMIB這種矽橋接(bridge)則是一小片嵌入兩片互連裸晶邊緣之下的矽，這能讓不同尺寸的裸晶在不同的地方連接，因此降低異質裸晶之間的物理限制

　　圖2： EMIB技術能減少對微凸塊的需求，因此降低制造的復雜度

　　在非EMIB解決方案中的大片矽中介層會(根據Altera說法是“過分地”)提高成本，而且容易出現像是變形曲翹的問題;EMIB也能降低對微凸塊數量的需求──傳統晶片會采用大量有微通孔的微凸塊，這提升了制造復雜度也會影響良率，當然也是提高成本的因素之一。對于不太可能取得EMIB技術的競爭隊史來說，Altera看來略勝一籌，不是嗎?