EMIB-T技术：通过TSV硅通孔实现更高密度的芯片互连

发布时间：2025-7-14

类别：市场分析

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引言

随着半导体工艺的不断进步，芯片设计逐渐从单一SoC（系统级芯片）向多芯片异构集成方向发展。为了满足高性能计算、人工智能和5G通信等领域的需求，芯片间的互连技术变得至关重要。Intel提出的嵌入式多芯片互连桥（EMIB, Embedded Multi-die Interconnect Bridge）技术，通过嵌入在封装基板中的硅桥实现裸晶之间的高速互连。而EMIB-T（EMIB with Through-Silicon Via）进一步优化了这一技术，在硅桥中引入TSV（硅通孔）结构，使信号能够垂直穿越桥接芯片，从而实现更高密度、更低延迟的互连。

本文将详细介绍EMIB-T技术的原理、优势、应用场景，并探讨其未来发展趋势。

1. EMIB技术的基本原理

1.1 传统EMIB技术

EMIB是一种2.5D封装技术，其核心思想是在封装基板中嵌入一块小型硅桥（Silicon Bridge），用于连接多个裸晶（Die）。与传统的中介层（Interposer）技术不同，EMIB仅在有互连需求的区域使用硅桥，而非整个芯片下方铺设硅中介层，因此具有更高的成本效益。

EMIB的主要特点包括：

• 局部互连：仅在芯片连接处使用硅桥，降低材料成本。

• 高密度布线：硅桥采用先进半导体工艺制造，可实现微米级互连间距。

• 低功耗、低延迟：相比有机基板互连，硅桥提供更短的信号路径，减少信号损耗。

1.2 EMIB的局限性

尽管EMIB在2.5D封装中表现出色，但随着芯片集成度的提高，传统EMIB的平面互连方式面临挑战：

• 信号路径仍较长：芯片间通信需要横向穿越硅桥，可能引入额外延迟。

• 布线密度受限：仅依赖水平互连，难以满足未来3D堆叠芯片的需求。

2. EMIB-T：引入TSV的垂直互连优化

2.1 TSV技术的引入

为了克服传统EMIB的局限性，Intel在EMIB-T中引入了TSV（Through-Silicon Via，硅通孔）技术。TSV是一种垂直穿透硅片的导电通道，广泛用于3D IC封装，如HBM（高带宽存储器）的堆叠结构中。

EMIB-T的关键改进在于：

• 在硅桥内部集成TSV，使信号不仅能水平传输，还能垂直穿越硅桥。

• 实现更短的互连路径，减少信号传输延迟。

• 提高布线密度，支持更复杂的多芯片互连需求。

2.2 EMIB-T的工作原理

EMIB-T的结构与传统EMIB类似，但硅桥内部增加了TSV结构：

1. 水平互连层：与传统EMIB相同，硅桥提供高密度布线，连接相邻芯片。

2. 垂直TSV通道：信号可通过TSV直接穿透硅桥，连接到封装基板或其他芯片。

3. 混合互连架构：结合水平（2D）和垂直（3D）互连，优化整体布线效率。

2.3 EMIB-T的优势

相较于传统EMIB，EMIB-T的主要优势包括：

• 更低的信号延迟：TSV缩短了芯片间的垂直距离，减少传输时间。

• 更高的互连密度：TSV允许在Z轴方向增加互连层，提升整体带宽。

• 更好的热管理：垂直互连可优化散热路径，降低芯片温度。

• 兼容现有封装技术：无需完全改变封装架构，即可实现性能提升。

3. EMIB-T的应用场景

EMIB-T技术适用于需要高带宽、低延迟的先进封装场景，主要包括：

3.1 高性能计算（HPC）

• CPU+GPU异构计算：如Intel的Ponte Vecchio GPU，采用EMIB-T连接计算单元和HBM内存。

• AI加速芯片：多颗AI加速器通过EMIB-T实现高速数据交换。

3.2 5G和通信芯片

• 射频前端模组（RF FEM）：通过EMIB-T集成PA（功率放大器）、LNA（低噪声放大器）等组件。

• 高速SerDes互连：减少信号损耗，提高数据传输速率。

3.3 存储芯片集成

• HBM与逻辑芯片的3D堆叠：EMIB-T可优化HBM与CPU/GPU的连接效率。

• Chiplet架构：如AMD的3D V-Cache技术，未来可能采用EMIB-T优化互连。

4. 未来发展趋势

EMIB-T代表了2.5D/3D封装技术的演进方向，未来可能的发展包括：

• 与Foveros 3D封装结合：Intel已提出将EMIB与Foveros（3D堆叠技术）结合，形成更灵活的异构集成方案。

• 更小尺寸的TSV：随着制程进步，TSV的直径和间距将进一步缩小，提高互连密度。

• 光互连集成：未来可能探索硅光互连与EMIB-T的结合，实现超高速数据传输。

5. 结论

EMIB-T技术通过引入TSV结构，在传统EMIB的基础上实现了更高密度、更低延迟的芯片互连。它不仅提升了现有封装方案的性能，还为未来3D异构集成提供了新的可能性。随着半导体行业向Chiplet（小芯片）架构发展，EMIB-T将成为高性能计算、AI和5G通信等领域的关键技术之一。

未来，我们可以期待更多结合EMIB-T的创新封装方案，推动半导体行业向更高集成度、更高能效的方向发展。