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多維空間晶粒堆疊世代正式來臨!
鈺創科技董事長暨總經理盧超群:

【作者: 王岫晨】   2005年05月05日 星期四

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本刊社長兼總編輯黃俊義(以下簡稱黃):鈺創科技不論在全球或台灣的半導體IC設計產業中,均扮演了舉足輕重的領導要角,而鈺創的一舉一動也經常牽動著整體產業的腳步。以此來看,鈺創未來發展之大方向為何,而鈺創的發展又將如何牽引整體半導體產業趨勢?


鈺創科技董事長暨總經理盧超群(以下簡稱盧):鈺創科技之發展主要有三大方向,第一是延續鈺創以往在記憶體研發技術的市場領導地位,第二是發展晶粒堆疊(Stack Die)技術,第三是自行發展邏輯晶片,並與記憶體進行堆疊。這些都是符合未來半導體產業發展的趨勢,也是嶄新的佈局。


《圖一》
《圖一》

延續市場領導地位

鈺創的第一個主要發展方向,是延續以往在記憶體,特別是RAM(Random Access Memory)研發技術的市場領導地位。特別是鈺創一開始便投入發展的次微米計畫,幫助台灣建立了DRAM 8吋晶圓廠,也讓台灣如今在世界上成為首屈一指的晶圓生產國家。


此外,鈺創也開發多項DDR、繪圖用記憶體等。現在則開始生產Consumer 市場應用所需的RAM產品,例如現在市場上最熱門的iPod中也使用鈺創的記憶體晶片,此外像是MP3、PMP等產品,都需要用到低耗能、Wide Bus且快速的記憶體晶片。目前需要SDRAM,會再延伸到使用DDR領域,但大部分的應用使用SDRAM之生命週期並不短,因此鈺創也將不斷用先進製程推新SDRAM 及DDR 產品。而鈺創在消費性產品市場裡,確是無晶圓廠(Febless)中的佼佼者。而延續這樣以應用層面成為DRAM領導的角色,正是鈺創往後必須維持的一大方向。


晶粒堆疊技術的催生者

黃:最近在許多重要場合上,您曾不止一次提及關於晶粒堆疊技術之重要性,究竟晶粒堆疊技術為何?而其對於半導體產業之未來發展又有著什麼樣的重大影響?


盧:晶粒堆疊技術正是鈺創所積極發展的第二個大方向。鈺創自詡為晶粒堆疊技術的催生者(enabler)。關於晶粒堆疊技術,我曾經於2004年2月在ISSCC(International Solid-State Circuits Conference)大會上,針對近年來全球半導體產業的重大發展趨勢發表演說。在近代的半導體發展上,一個重要定律就是摩爾定律(Moore’s Law),說明了每18個月在晶片上可以增加一倍的電晶體數量。這定律在1965年剛提出時,真正瞭解的人並不多。到了1980年代,台灣便跟著摩爾的腳步,全力發展微晶片。台灣從發展小型PC上的微處理器,到後來依循著摩爾定律發展半導體產業,因此台灣從貧窮到富貴,一路上摩爾定律功不可沒。


然而要深入瞭解一個定律是非常不容易的。2005年4月,全球紀念愛因斯坦發表相對論100週年,事實上,當年愛因斯坦發明相對論時,全世界只有2.5個人看得懂這全新的理論。但現在的科技大至飛機,小至無線電波的傳送都是使用相對論的原理,可見其對人類的生活影響相當大。而摩爾的偉大之處,也正是在於他所提出的經驗定理,其地位就好比牛頓所提出的地心引力定理一樣,所以我認為摩爾的地位相當於在物理界裡面的牛頓。而現在我提出晶粒堆疊的新方向,就是認為雖然半導體產業在不斷前進的同時,仍會受到摩爾定律的持續影響,但另一方面,我們也已經學會利用堆疊技術,讓晶粒從原本的二度空間排列往三度空間發展,這將是半導體產業往後發展的重要趨勢,類似物理界的量子力學。


從同質性整合到異質性整合

黃:就您所述,從摩爾定律到晶粒堆疊技術,可說將半導體產業的發展又往前推進了一大步。而究竟摩爾定律與晶粒堆疊技術這兩大理論的差異何在?


盧:雖然牛頓的地心引力是個大定律,然而很多微觀的部份並無法解釋。同樣地,在半導體產業中,隨著科技發展勢必產生另一個與摩爾定律平行的定律,但無法以摩爾定律來概括解釋。摩爾定律是在晶粒上擺入更多的電晶體,但現在則是把更多的晶粒堆疊起來。現今人類已經學會如何在一個非常小的封裝裡面堆疊晶粒,例如將記憶體晶片堆疊在CPU或者DSP上,而記憶體晶片可以是RAM、Flash或者SRAM。我將這樣的堆疊方式統稱為異質性整合(Heterogeneous Integration)的世代,而摩爾定律則稱為同質性整合(Homogeneous Integration)的世代。


摩爾定律的同質性整合是在矽晶粒裡製作電晶體。一般來說,半導體的電晶體都是在表面以下,這種技術是二度空間的平面、大草原式的整合,電晶體是草原上住戶,彼此間在平面上相互連通。而現在來臨的異質性整合世代則是多度空間的,晶粒不再是平面式的整合,而是晶粒與晶粒層層堆疊起來,以wire bonding或RF等方式讓不同層的晶粒與晶粒相互傳遞訊號。


摩爾定律很單純,是屬於單晶粒的同質性整合。也隨著電晶體體積越來越小,因此單位面積上將存在更多電晶體。而異質性整合則是在20世紀末與21世紀初所產生的概念,將晶粒與晶粒堆疊在一起,晶粒間的訊號傳遞方式也將更趨複雜化。這種三度空間的堆疊方式,可將手機裡的記憶體晶片堆疊九層之多,這些記憶體可以是Flash、DRAM或SRAM,像是蓋大樓一樣一層一層往上堆疊。


摩爾所提出來的是晶粒的兩度空間排列,也就是X與Y方向,而往上堆疊就屬於三度空間,這個趨勢將是IC產業界未來數十年最大的變革,而我將這種趨勢總稱為異質性整合,具體來說就是晶粒堆疊。而隨著鈺創的努力,多維空間的晶粒堆疊世代也將從此刻起正式來臨。


晶粒堆疊將帶來更大商機

黃:鈺創帶領半導體產業進入晶粒堆疊世代。晶粒的堆疊可以在同樣的空間中增加更多的元件數量,但不同類型的晶粒進行堆疊是否有其技術上的難度?而晶粒的堆疊又將帶來什麼樣的優勢?


盧:在多層空間堆疊的時代裡,鈺創會將3C的相關零組件都堆疊進去,例如CPU、DSP、媒體處理器、類比IC、RF與記憶體等。但是記憶體是很特殊的元件,以DSP與CPU為例,此兩者雖然有數位與類比等不同的技術,但兩者之間畢竟較為相近,因此可以SoC的方式整合。而許多廠商過去一直試著要將記憶體,特別是DRAM整合至晶片上,稱為Embedded DRAM,卻在不斷的嘗試之後都宣告失敗,這是因為記憶體的技術與邏輯晶片畢竟是不相同的。邏輯晶片講求處理速度,而記憶體則是注重密度(Density)。因此鈺創現今所發展的多層晶粒堆疊,其背後最大的意義在於,記憶體終於可以透過堆疊的方式,與邏輯晶片拉近距離。


另外,晶粒堆疊的難度在於需要將晶粒磨得很薄,約僅為現在晶粒的十分之一厚度,否則堆疊後的厚度將相當嚇人。而在將晶粒磨薄、堆疊之後,晶粒層間的傳輸訊號要重新設計,可靠度(reliability)也需重新驗證。


當把記憶體和邏輯晶片放在同一塊電路板上的時候,需經過線路傳遞訊號,而這些訊號的傳遞過程如同人們生活中的交通工具一般,將產生許多噪訊。如果將記憶體堆疊在CPU之上,就類似大樓中的電梯一樣方便,可省下複雜的傳遞過程與噪訊,因此類似EMI、Power Noise與RC Delay等問題都將更容易解決,其便利處就如同從複雜的平面交通運輸搖身成為省時省事的電梯,這正是晶粒堆疊世代所能帶來的優勢,也是鈺創全力發展的第二大方向。而鈺創身為全球半導體產業發展多度空間晶粒堆疊的趨勢催生者也實至名歸。鈺創已率先提供客戶各種晶粒堆疊系統。在2000~2004年,鈺創大部分的堆疊系統裡還是記憶體,如DRAM、SRAM等,但在2004年之後已經可與邏輯晶片一起堆疊,2005年起更可與類比晶片進行堆疊。這是個大時代的趨勢,鈺創自身定位除了是科技世代的貢獻者,其晶粒堆疊技術也為自己的永續成長提供了更大的商機。


自行發展邏輯晶片

黃:晶粒堆疊技術將是今後半導體產業致力發展的趨勢,而鈺創如何將這樣的趨勢應用到自身產品之上?


盧:應用晶粒堆疊技術開發產品,正是鈺創發展的第三個大方向。鈺創將記憶體與記憶體進行堆疊,另外也將記憶體和邏輯晶片堆疊在一起,其應用的領域包括車用型的產品例如車用電視,以及Portable DVD的面版控制晶片。鈺創在前兩大方向的引導下,也開始自行發展邏輯晶片,深入瞭解客戶的需求。讓鈺創如火如荼成長的車用電視、Portable DVD與Portable Display這些產品的設計重點,在於功耗低、尺寸小,其功能複雜度不比大尺寸顯示器低。大尺寸顯示器需求解析度清晰,而小尺寸顯示器則要求畫面明亮,色彩的控制準確。鈺創將記憶體堆疊進去之後,相當於一個堆疊系統的記憶體控制器在小尺寸LCD面版上的應用。鈺創許多發展成果將在2005年下半年慢慢浮現,而設計、技術、品質與客戶的需求,都是鈺創最注重的,也因此鈺創不管在世界哪一個角落,都將是半導體產業裡成長和技術最堅強的企業。


看準趨勢 掌握時機

黃:IBM的企業結構龐大,財務資本雄厚。您過去曾經任職於IBM一段時間,而在IBM期間所經歷的研發與管理經驗,對於今日擔任鈺創的領航員是否具有啟發性的作用?


盧:IBM之所以擁有如此龐大的結構與資本,是因為IBM在賺錢的時候,一定會事先預測哪項技術的市場將下滑,什麼技術未來將虧損,而提早把該部門出售,也就是在虧損來臨之前便將該部門解決掉。這種永遠站在趨勢浪頭尖端的作法正是鈺創的經營理念。也因此鈺創將自己比喻為一位衝浪者,永遠跟在趨勢的浪潮前頭,只要浪潮一來,就順勢站上浪潮的尖端,並在浪潮即將退去之前,再前進至另一個浪潮頂峰。今天,消費性電子是一個浪潮,行動顯示產品是一個浪潮,而另一個更大的浪潮就是晶粒堆疊技術,鈺創都已看準趨勢,並置身在這些浪潮的頂峰上。


泛太平洋圈將是半導體產業新浪潮

我最近推動了一個觀念,叫做PPICC,也就是(Pan Pacific IC Circle;泛太平洋IC網絡),這具有很大的意義。當年IC是美國人所發明的,這項發明卻讓有能力自行發展系統的企業得利最多,這些公司都在大西洋,如在美國、英國、法國與德國等,而今天這個浪潮從大西洋圈來到了泛太平洋圈,在泛太平洋圈裡包括了美國矽谷、日本、韓國、中國、新加坡、台灣、印度,甚至是以色列等,因此我認為PPICC將會是半導體產業的新一波浪潮。


鈺創過去自詡為IC設計的領導者,現在是Consumer RAM的設計領導者,更是晶粒堆疊技術的催生者。而鈺創的發展利基更同時具備了天時(Timing),地利(Location)與人和(Team)三項要素。天時是鈺創能看準市場趨勢與時機,地利則是鈺創位處PPICC泛太平洋IC網絡的中心位置,人和則是鈺創擁有具競爭力的人力資產(human capital)。這些都是鈺創前進半導體產業第一品牌不可或缺的條件。


(整理、攝影\王岫晨)


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