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下一個決戰點:邏輯晶片與記憶體晶片的異質整合

  • 林育中

英特爾以前在DRAM的競逐中退出,幾十年後又重新投入記憶體硏發,先從NAND flash,再到PCM。英特爾

我剛入半導體產業的時候,英特爾(Intel)是半導體業產業的龐然巨人,市值與其他同業有數量級的差距。於1984年自DRAM撤退後,專心致力於CPU的版圖、成就霸業。卅幾年光景過去,產業變成英特爾、三星電子(Samsung Electronics)、台積電三分天下。而且在摩爾定律尚未盡的路途上,英特爾看來走得有些步履蹣跚了。可是路途猶未了,接下來這個領先群爭些什麼?

如果沒有典範移轉式的變化─譬如最近光計算(optical computing)倏然出現在AI晶片的場域,我的猜想,下一次的決戰點可能是邏輯與記憶體的異質整合(heterogeneous integration),而且有許多跡象支持這樣的猜想。

英特爾以前在DRAM的競逐中退出,幾十年後又重新投入記憶體硏發,先從NAND flash,再到PCM。對我的意義是藉其於CPU原有的優勢擴散出對記憶體的影響力,以波特(Michael Eugene Porter)的競爭理論來說,是增加在加值鍊中的優勢環節數目,鞏固霸權。在奈米製程的年代,von Neumann體制中CPU與記憶體的分離已造成速度和散熱的障礙。要解決這問題,只有從這二者同時下手—最好是二者融合為一,像是in-memory computing。只可惜目前用PCM的方案改善有限,速度快了,但是還不夠快,密度提升也仍嫌不足,整個組成還是無法改變目前的記憶體架構,所以MRAM也還在英特爾的硏發雷達範圍內。

三星在這競爭埵酗@手好牌,雖然在邏輯代工的製程猶有待追趕,但是相距不遠;而記憶體是其老本行,異質整合的前導技術之一晶圓級封裝(wafer level packaging)也開發甚早。兼之其獨立MRAM也已問世,離邏輯晶片與記憶體晶片的異質整合看似只有一步之遙,雖然這一步是一大跨步。

台積電在邏輯製程微縮的競爭中無疑是現任的領先者,但是長期的自外於獨立記憶體的生產製造。雖然於嵌入式MRAM急起直追,而且將其應用推展至5/7nm的LLC(Last Level Cache),但是這和邏輯晶片與記憶體晶片的異質整合是兩回事,後者需要較髙的密度,不像嵌入式MRAM能屈就於邏輯製程的CMOS而令單元面積髙達50f2。獨立記憶體中的電晶體是過去記憶體微縮的競爭主軸之一,要能有獨立記憶體晶片用於與邏輯晶片異質整合,這方面的努力還有待急起直追。

如果這些論述説服力還不夠的話,也許你可以試著問這個問題—為什麼找專長是新興記憶體(emergent memory)和三維單晶堆疊(3D monolithic stacking)的人來當技術長?

現為DIGITIMES顧問,1988年獲物理學博士學位,任教於中央大學,後轉往科技產業發展。曾任茂德科技董事及副總、普天茂德科技總經理、康帝科技總經理等職位。曾於 Taiwan Semicon 任諮詢委員,主持黃光論壇。2001~2002 獲選為台灣半導體產業協會監事、監事長。現在於台大物理系訪問研究,主要研究領域為自旋電子學相關物質及機制的基礎研究。