3D IC助攻移动处理器效能再上层楼

移动装置市场火热发展，刺激3D IC快速起飞。尤其在移动装置增添裸视3D、扩增实境等功能，以及照相机像素与高画质影像分辨率规格不断提升下，目前1.5GHz处理速度的处理器已面临瓶颈，促使芯片业者采取3D堆栈技术整合DDR3内存，以进一步提高效能。

近期智能型手机又更有进一步的新发展，如美国CTIA无线通讯科技展中，台湾宏达电新机HTC EVO 3D正式问世。该智能型手机为宏达电首款采用高通(Qualcomm)1.2GHz处理器，并具备裸视三维(3D)影像的Android 2.3操作系统手机，配备500万像素3D双镜头，以及130万像素前视频镜头，支持720p高画质3D和2D影片录制。

无独有偶，韩系手机大厂乐金(LG)与三星(Samsung)也陆续发表支持裸视3D的智能型手机。乐金Optimus 3D不仅让使用者可拍摄3D影片并以裸视方式观赏，还提供的完整3D体验，涵盖3D录像、3D影像观赏与内容分享。三星W960则配备主动矩阵式有机发光二极管(AMOLED)3D显示器，分辨率可达240×400像素，并内建2D、3D转换模式。

除了裸视3D外，扩增实境(AR)亦为下一波手机内建的创新功能;随着智能型手机等移动装置纳入越来越多的功能，同时既有功能规格也不断提升，处理器的处理速度亦须不断精进，才能符合市场的需求。

有鉴于移动装置内建的功能不断增加，应用处理器(AP)的效能亦须不断提高，移动装置处理器大厂包括高通、德州仪器(TI)、意法爱立信(ST-Ericsson)等已开始关注三维芯片(3D IC)技术，以期透过3D IC架构在处理器上增加更多内存容量，进一步提升处理器效能。而处理器业者的关注，也让3D IC的发展道路更加清晰。

台湾工业技术研究院信息与通讯研究所设计自动化技术组组长蒯定明表示，提高处理器效能的最主要的方式即增加内存深度，因此现阶段移动处理器业者多以系统封装(SiP)的方式将处理器与闪存(Flash Memory)整合，不过，这种设计方式，处理器速度最多仅能达到1.5GHz，若要进一步突破处理器效能，则须改以堆栈动态随机存取内存(DRAM)的设计方式，因此处理器厂商已开始朝此方向迈进。

虽然用SiP技术亦可达成处理器堆栈DRAM的设计，但其效果将不若采3D IC架构的方案。蒯定明解释，SiP是将要整合的芯片封装后，再从封装后的芯片旁边打线连接到外部，此一方式的连接效能会受到连外打线延迟影响;若采用3D IC架构，芯片间的联系，与对外联络都可以直接透过芯片上的打线，可顺利解决SiP的问题。由于3D IC具备的优势较SiP佳，因此处理器厂商已开始重视3D IC技术，并积极投入研发，对3D IC的发展而言将是很大的助力。

另一方面，主导DRAM的标准协会JEDEC提出的Wide I/O新规范中，开宗明义表示该规范除了在DRAM上采用五百一十二根I/O接脚外，并强调支持3D IC架构。台湾工业技术研究院信息与通讯研究所设计自动化技术组技术组长周永发指出，如此一来，移动装置处理器厂商若要导入DRAM以提高处理器整体效能，未来将不得不采用3D IC技术，这也是让处理厂商开始重视3D IC的主要因素。

蒯定明补充，JEDEC所提的新规范目前仍为草案阶段，预计2012年底定，预期未来DDR4也可能采用。

严格来说，目前仅内存已正式导入3D IC技术，相关业者如三星、尔必达(Elpida)均积极研发3D IC技术，但伴随移动装置对于处理器效能与尺寸的要求越来越严苛，目前包括高通、意法爱立信、德州仪器和辉达(NVIDIA)皆已积极发展3D IC架构，甚至联发科也相当关心3D IC技术的进展。蒯定明认为，在处理器业者的努力下，即使未来3D IC不会成为各种芯片产品必然采用的技术，但对其整体的发展仍将有相当大的推动力。

受到移动装置在外型尺寸上的持续轻薄化，以及更多元功能的发展，处理器厂商已开始进行更高整合度产品的研发，而提高处理器效能其中一种方法即为半导体先进制程技术。安谋国际(ARM)策略营销处长Ron Mooire表示，虽然系统单芯片(SoC)在每个制程世代的演进中皆可持续缩小15%的芯片尺寸，但在低功耗与高速处理速度上将面临极大的技术门坎，因此许多厂商开始关注3D IC架构的研发，如台积电、三星与全球晶圆(GlobalFoundries)等。

3D IC可异质整合更多种类的芯片，因此移动装置业者冀望透过处理器整合更多的DRAM，来提升效能。Mooire指出，由于摩尔定律已走到瓶颈，再加上SiP技术封装组件的效能有限，因此移动装置主处理器业者在多方考虑下，即便未来仍将持续走到14纳米制程，但3D IC将是其产品下一阶段另一重要发展技术。

据了解，目前高通与德州仪器仍是采用SiP技术封装处理器与内存，预期未来将采用3D IC架构。

安谋国际身为移动处