三星3D IC技術介紹

三星宣布在7nm和5nm都使用其3D IC技術。該技術如何幫助系統設計人員？

這項名為X-Cube的新技術已經在7nm測試芯片中進行了測試和驗證，該芯片將SRAM堆疊在邏輯芯片的頂部。結果是占地面積更小，信號路徑更短，這意味著更快的信號傳播和更低的功耗。X-Cube也可用于高級節點：7nm和5nm。

三星的該項技術這一進步解決了芯片設計方面的幾種趨勢所面臨的問題：面對摩爾定律的終結，不斷增加的芯片功能以及解決片上系統（SoC）的難題。

SoC大小增加的問題

SoC設計的主要挑戰之一是將更多功能塊集成到一個芯片上需要更大的芯片面積。

但是，更大的芯片面積和隨后更小的節點尺寸的結合導致互連寄生現象的大量增加。必須使用更長的導線長度來連接物理上更大的芯片中的不同模塊，這會增加互連電感。

互連的寄生阻抗增加帶來了許多問題。數據移動能量（即芯片上數據的物理移動所消耗的能量）已成為最大的能量消耗來源之一。

信號傳播延遲也受到導線長度增加和互連寄生的負面影響。然而，隨著摩爾定律的終結，設計人員不得不考慮新的方法來提高芯片速度而又不以傳統方式縮減。

解決方案：3D IC

為了在克服上述問題的同時使芯片尺寸不斷擴大，設計人員已轉向3D IC技術。3D IC的獨特之處在于，它們將硅晶片或管芯物理堆疊在一起。

3D IC上的每個晶圓都與硅通孔（TSV）連接。通過這種方式，芯片的尺寸可以繼續增長，但它們不會在2D上越來越長，而在3D上更高，從而節省了電路板面積。

3D IC的好處

與傳統的大面積SoC相比，3D IC具有許多優勢，其中大部分是由于縮短了互連。與2D SoC中的長線相反，功能塊彼此堆疊并通過TSV連接，因此3D IC能夠顯著縮短互連長度。

最值得注意的是，減小互連長度有助于減輕互連中的寄生阻抗，進而可以減小傳播延遲（即，更快的運行）和更少的數據移動能量（即，更低的功耗）。

3D IC的另一個明顯好處是能夠將大型功能密集地集成到較小的區域中，從而為摩爾定律的終結提供了很好的選擇。值得注意的是，這種密集的集成還具有諸如功率密度增加和熱管理問題之類的缺點。

三星推出無障礙3D IC技術

三星的消息可能標志著先進且易用的3D IC技術的開始。三星電子代工市場戰略高級副總裁Moonsoo Kang表示：“三星的新型3D集成技術即使在尖端的EUV工藝節點上也能確保可靠的TSV互連。”他補充說：“我們致力于帶來更多3D IC創新，以突破半導體領域。”

未來，三星計劃在初始設計的基礎上，與全球無晶圓廠客戶合作，將3D IC解決方案部署在下一代高性能應用中，例如移動智能手機，AR / VR，可穿戴設備和高性能計算平臺。
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