武漢新芯全新三維堆疊技術品牌 “3DLink”，鎖定高速運算、存內計算、3D傳感器ToF發力

武漢新芯研發多年的 3D IC 技術已嶄露頭角，更鎖定高速運算、存內計算、3D 傳感器 ToF 等熱門領域進行卡位。日前，武漢新芯將三維堆疊技術注冊成為全新品牌 “3DLink”，并在重慶登場的 ICCAD 2020 中重磅宣布細節。

武漢新芯從 2012 年開始布局 3D IC 技術，研發量產已步入第 8 年，鍵合良率高達 99.5%，擁有超過 400 個創新專利。

如今，3D IC 技術已經成為全球半導體大廠的新顯學，包括臺積電、三星都積極跨入。臺積電今年宣布整合旗下堆疊到封裝技術提出 “3DFabric” 新平臺，身為 3D IC 技術領先廠商之一的武漢新芯也有新動作。

武漢新芯宣布，推出全新的三維堆疊技術品牌 —— 3DLink?，包括已進入量產的兩片晶圓堆疊技術 S-stacking?、完成工藝研發的多片晶圓堆疊技術 M-stacking?，以及正在研發中的芯片 - 晶圓異質集成技術 Hi-stacking?。

武漢新芯代工業務處高級總監沈亮指出，過去三年，中國集成電路設計年會 ICCAD 已經成為武漢新芯宣布最新技術的舞臺，公司每年都會在 ICCAD 年會上宣布三維堆疊技術的重大研發成果。

沈亮在 ICCAD 2020 “Foundry 與工藝技術” 專題論壇上，發表題為《XMC 3DLink?—— 面向高速運算和大容量存儲芯片的解決方案》的演講，激發許多芯片設計的創新思路。

當前有幾個非常熱門的應用場景，對于使用 3D IC 技術非常有興趣，包括高速運算、存內計算、3D 傳感器技術 ToF（Time-of-Flight）等。

3D IC 技術將兩片不同工藝的晶圓利用晶圓間的 Cu-Cu 直接互連，達到更高的互連密度及對準精度。通過直接互連實現了高帶寬和高速運算。這項技術為高速運算芯片等提供創新的工藝和架構。善用 3D IC 技術優勢更有助消費性電子裝置在兼具高性能下，體積能更輕薄短小。

同樣的產品，難道傳統半導體工藝技術無法實現？

沈亮分析，高速運算終端和存內計算對帶寬和算力有很高的要求，當然可以用先進制程工藝來實現，但代價是成本高，且不能確保未來持續供貨的穩定性。而武漢新芯的晶圓堆疊技術 S-stacking? 可以在保持高性能優勢下，解決這些問題。

在兩個月前，武漢新芯的客戶發布了一顆用于邊緣計算的高速運算芯片。該芯片采用 S-stacking? 技術將 38nm 定制化 Memory 和 40nm SoC 結合后，迸發出 1840GB 的互聯帶寬，實現了 25TOPS 的運算量。而最近高通公司發布最新的驍龍 888 SoC，其中運用 5nm 工藝的 AI 處理核心運算能力是 26TOPS。也就是說我們用成熟工藝與先進架構的結合，成功追上了最頂級工藝產品的性能。目前以這顆高速運算芯片為主的系統已經能夠通過簡單的學習訓練，離線自主識別出動物、植物，正在學習對人臉的判別。

3D IC 技術另一個優勢領域是 “存算一體”，打破了馮?諾依曼架構，解決處理器和存儲器分離造成的 “存儲墻” 問題，緩解來回訪存造成的延遲和高功耗。他分析，武漢新芯 S-stacking? 技術可直接將 Memory 和 Logic 晶圓堆疊在一起，并行高效處理架構，在不同功能的晶圓之間實現數據快速傳輸。

對于晶圓級 HBM，沈亮指出，多片晶圓堆疊技術 M-stacking? 打破傳統封裝級 HBM 的 Micro-bump 互連架構，采用無凸點（Bumpless）工藝來實現多晶圓直接鍵合，并利用混合鍵合工藝實現高密度互連。

還有一個領域也非常適合 3D IC 技術發力，就是主流的 3D 傳感器 ToF。

自從蘋果最近在 iPad 和 iPhone 12 搭載 dToF 鏡頭，3D 傳感技術，特別是 dToF (direct Time-of-Flight) 成為全球最火熱話題。

dToF 是一種主動式深度傳感技術，直接通過測量光子傳輸時間差來計算與測量點距離，進而進行空間建模的技術。優點是探測距離遠、掃描速度快且抗光干擾性佳，已應用在游戲機、AR/VR、智能汽車等領域。

該技術首先向被觀測物體****一束脈沖激光，物體反射回的光子通過超高靈敏度的單光子雪崩二極管來觸發信號。我們知道光速是每秒 30 萬千米，那么在測量一個人的面部時，被鼻尖反射的光子和被人中反射的光子之間的時間差僅僅 0.000003 秒。因此，實時判別這樣的時間差去計算距離，每一個觸發信號點都需要一組單獨的電路進行信號處理。而在空間建模的時候，更需要一個 QVGA 或者 VGA 的接收點矩陣。因此。即便是一個小的 QVGA 320x240 的矩陣，也需要巨大的連接帶寬和處理速度，才能實時處理這些信號。這時候，武漢新芯的 3DLink?晶圓堆疊技術成為最好的解決方案。

沈亮指出， S-stacking? 技術可以通過將感光芯片和邏輯電路上下堆疊起來，滿足 dToF 產品對數據處理帶寬和速度的需求，兼顧了手機對低功耗和芯片小尺寸的需求。

從上面幾個應用場景，可看出武漢新芯的三維堆疊技術平臺的幾個優勢：創新架構、更高帶寬、更低功耗和延時、更小芯片尺寸。目前武漢新芯的 3DLink?已經針對存儲、高速運算芯片、傳感器各自所要求的高帶寬、低延遲和低功耗這些痛點，專門定制了三個針對性的工藝解決方案。

武漢新芯 3DLink?技術平臺具備成熟的設計套件，支持定制化的開發，更是開放雙臂希望與業界更多客戶合作，讓更多采用 3DLink?技術的高附加值技術解決方案能落地，共同打造創新的集成電路產品。