TechNews科技新報
2023年11月24日
作者 TechNews
「第十八屆國際構裝暨電路板研討會 – IMPACT 2023」稍早於 10 月 25 至 27日假台北南港展覽館 1 館盛大舉行，由 IEEE EPS-Taipei 電子封裝學會台北分會、IMAPS-Taiwan 台灣國際微電子暨構裝學會、工研院及 TPCA 台灣電路板協會共同舉辧。今年大會以「IMPACT on the Future of HPC, AI, and Metaverse」為主題，深入探討高效能運算（HPC）、人工智慧（AI）及元宇宙（Metaverse）等次世代應用下的先進封裝與電路板前瞻技術。
首日開幕大會上，IMPACT 2023 大會主席、IMAPS-Taiwan 理事長暨工研院電光系統所副所長駱韋仲博士表示，今年與會人數超過 700 人，且近 3 成來自海外，這讓 IMPACT 2023 成為當前全亞洲出席人數最多的先進封裝盛會。對此，他特別感謝 IEEE EPS 總部、IMAPS、國際電子生產商聯盟（iNEMI）、日本友會，含國際電子封裝技術研討會（ICEP）、日本電子封裝學院（JIEP）等、以及業界和學術界的大力支持。
創新推進 3D 封裝關鍵技術，系統級效能擴展將開啟新一輪 AI 應用潮
開幕大會後，率先由台積電品質暨可靠性組織及先進封裝技術暨服務副總經理何軍及 AMD 企業副總裁 Raja Swaminathan 發表大會主題演講。何軍指出，3D 封裝技術市場需求正迎來爆發式的成長，預計到 2025 年，全球 3D 封裝市值有望突破 1,000 億美元大關。目前台積電正大力推動「3DFabric」平台，該平台整合了 3D 封裝的 SoIC 和 2.5D 封裝的 CoWoS、InFO 等先進封裝技術。拜 3D 封裝技術之賜，NVIDIA 最新一代 GPU（H100）效能比上一代產品（A100）提升 6 倍之多。
旺盛的高效能運算需求帶動 3D 封裝技術的大量商業化應用發展，預計 2025 年台積電 3D 封裝無塵室空間將增加一倍以上。此外，台積電正加緊與生態夥伴的合作，共同推進諸如混合鍵合（Hybrid Bonding）提升互連密度、高頻寬記憶體（HBM）記憶體訊號完整性優化等 3D 封裝關鍵技術的創新。
AMD 企業副總裁 Swaminathan 博士則表示，當前人們對於超級電腦和 AI 效能的需求正呈指數增加，每 1.2 年就會成長一倍，最近需求更大幅激增，1 年內就成長 2 倍。業界正致力於透過高速介面設計、先進封裝和異質整合等創新，在系統層級實現效能擴展。AMD 特別關注通訊能源效率，該公司透過正在開發的 3D 堆疊技術並利用混合鍵合封裝，可大幅降低晶片間溝通的能源消耗，預計在 5 年內將 HPC 和 AI 訓練的每瓦效能提高 30 倍。
綜上所述，兩家分別代表晶圓代工與 IC 設計的領導大廠均強調先進封裝技術與次世代 AI 架構的相輔相成，可帶動晶片運算能力大幅提升。
協同設計將引爆 AI 重大變革，高密度異質整合平台將成為半導體未來關鍵
今年大會第三次舉辦 IEEE EPS 論壇，論壇主持人日月光集團副總經理洪志斌博士表示，IEEE EPS 作為 IMPACT 大會的主辦單位，希望藉由這個平台聚集最新技術和重要講者，以促進產業最新發展趨勢和技術的交流。首屆 IEEE EPS 論壇聚焦 5G，第二屆討論邊緣運算，今年特別聯手 CEDA，共同探究在晶片、封裝和系統間進行協同設計的最佳化 ECAD 工具。這次發起聯合論壇的構想來自於日月光資深技術顧問陳威廉博士（Dr. Bill Chen），他在遠端致詞中表示，AI 和機器學習雖然剛起步，但在未來幾十年將會繼續發生重大變革。協同設計將推動 AI 相關產品與應用的發展，這需要開放的晶片生態系統及標準介面以實現更高效率。
此外，聯合論壇還特別邀請來自海內外產學界的知名學者、專家共聚一堂，包括美國賓州州立大學電機工程學系系主任 Madhavan Swaminathan、聯發科洪誌銘協理、應用材料先進封裝發展中心主管 Arvind Sundarrajan、美國喬治亞理工學院教授 Sung Kyu Lim、英特爾資深院士 Debendra Das Sharma 及思科副總裁 Nan Wang 等共同發表演講。
Madhavan Swaminathan 教授強調，高密度異質整合平台將成為未來趨勢，我們需要打造一個從天線到 AI 的異質整合平台來支援邊緣運算與通訊，更需要在許多方面進行技術開發和協同設計，分散式運算和通訊勢必將發揮重要的作用。洪志銘博士就小晶片 AI 輔助設計的議題表示，不同疊代設計過程中包括材料、機械、EDA 工具等各種面向與領域的協作非常重要，但必須了解並非所有環節都適用 AI，若要進行 3D AI 機器學習，也必須考量是否有足夠成熟的工具進行訓練。
針對混合鍵合議題，Madhavan Swaminathan 教授指出，混合鍵合係推動 AI 和 HPC 的關鍵技術，可協助處理巨量數據，提高功耗效率並降低延遲。但混合鍵合流程非常複雜，至少涉及上百個步驟。不能只優化單一步驟，需要協同優化才能獲得更好的鍵合良率。Sung Kyu Lim 教授則認為，第二波 AI 革命需要多種晶片的協同運作，EDA 工具有助於 2.5D 和 3D 晶片封裝，不僅是設計師的最佳助手，更有助於晶片製造商，因為當前 EDA 工具可以支援材料及鍵合方式的決策。
至於 UCIe 標準如何拓展小晶片生態系統，Debendra Das Sharma 博士指出，UCIe 允許在封裝層面上混合搭配多個晶片，以克服製程限制並提升良率，目前該標準支援 2D 和 2.5D 封裝，未來也會支援 3D。在建構 SoC 系統單晶片時，UCIe 可以在封裝層面進行創新，不僅能整 合CPU、GPU 及記憶體，還支援 USB、PCIe 及 CXL 等互連標準，打造動態可配置的系統。同樣以異質整合為題目的 Nan Wang 副總裁表示，OPC 共同封裝光學能有效解決機器學習訓練網路因需要高速連網與大量運算所產生的功耗與成本挑戰問題。透過 OPC 技術，可以讓光學元件緊靠乙太網路交換晶片（Ethernet Switch IC），並封裝在同一基板上，降低 30% 系統功耗，但也會為訊號與電源完整性帶來新挑戰。對此，需要在系統層面進行協同設計和優化以實現大規模應用。
尋求最佳協同設計工具，快速回應市場異質整合需求
下半場的 IEEE & CEDA 座談會由台大電機資訊學院院長張耀文博士擔任主持人，他主要拋出三大議題，由現場專家共同分享見解。首先拋出的第一道問題：「AI 與先進封裝如何解決 AI 與邊緣運算中最困難的問題？」由 Madhavan Swaminathan 教授率先回應指出，AI 需要大規模運算，得仰賴不同技術節點晶片的協同運作。至於先進封裝技術可以實現 RF、GPU、CPU 乃至光學元件等不同領域晶片的整合。洪誌銘博士分享 AI 在電源分析、晶片佈局優化方面的成功案例，但數據資料不足成為拓展 3D 的瓶頸，所以人類設計師目前仍無法被 AI 取代。Sung Kyu Lim 教授則表示，電路設計資料的不足限制監督學習的運用，學術界正在加大無監督（Unsupervised Learning）和強化學習（Reinforcement Learning）的研究力度。Nan Wang 副總裁認為異質整合可以解決網路系統難題，但不免會增加設計和製造的複雜度。
第二道議題「面對下一代 AI 與 HI 人類智慧，我們必須克服的關鍵技術挑戰為何？我們何時才能看到解決這些挑戰的解決方案？」對此，Debendra Das Sharma 博士認為異質整合可以將計算和記憶體封裝在一起，3D 堆疊則有助於進一步縮短距離，進而減少資料傳輸距離、提升性能並降低功耗。Arvind Sundarrajan 博士指出，異質整合帶來的關鍵挑戰包括降低晶片和基板間的間距、缺陷控制、不同材料間的鍵合強度以及晶片翹曲等，這需要在材料等方面做技術創新以獲得良好的性能。
張耀文教授最後提問：「EDA 工具對先進封裝的準備度如何？還有哪些關鍵的缺失需要立即關注？」Sung Kyu Lim 教授表示，EDA 工具在異質整合、2.5D 和 3D 方面有些落後，設計師需要更多功能和自動化。雖然 2D EDA 設計工具已經相當成熟，但 3D 整合設計還有很大的努力空間。Madhavan Swaminathan 教授點出當前 EDA 公司過於被動，若沒有客戶訂單，就不願意投資新技術。EDA 公司需要與技術開發商合作來共同推動異質整合。洪誌銘博士則認為，即使是 2D 設計，也需要開發內部工具來補充商業 EDA 工具的不足，EDA 公司需要更快地回應設計者的需求。Debendra Das Sharma博士表示，當 EDA 公司看到市場前景時，他們會投資新技術，關鍵是要讓他們要能看到這些技術將成為下一個重要方向。Nan Wang 副總裁表示，異質整合需要跨 EDA 等不同工具及系統的整合分析能力，以便為各種可能出現的問題儘早做好準備。
本屆 IMPACT 2023 在主辦單位與諸多協同單位合作舉辦下，三天共計推出 33 場論壇，不但有來自台積電與 AMD 的高階主管發表大會主題演講，更集結百位國際領導大廠與學研界重量級專家參與。而今年 IEEE EPS 更首次和 IEEE CEDA 電子設計自動化學會共同舉辧聯合論壇，引領與會者暢遊 AI 協同設計國度，也讓 IMPACT 2023 不僅深耕技術層面，更拓展到市場趨勢，激盪創新火花！
同期展出的台灣電路板產業國際展覽會（TPCA Show 2023）匯聚來自全球的 1,386 個攤位，展出超過 480 個國際品牌，聚焦半導體構裝、淨零、智慧製造前瞻趨勢與技術，積極為來自全球的參與者提供多項服務，TPCA Show 為業界提供展示創新、交流最前沿技術的絕佳機會，期待藉此推動產業發展，展現台灣 PCB 的卓越表現。
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