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薛偉傑:垂直堆疊晶片設計曝光 華為脫離斷供路仍漫長

【明報專訊】華為的堆疊晶片設計的專利申請曝光,證實了流傳接近兩年的傳聞。同時,華為旗下的哈勃投資已入股內地超過60家半導體相關企業,積極與業者籌備純國產化的半導體供應鏈。只不過,何時水到渠成,仍是未知數。尤其是,28納米製程的國產光刻機又傳出不利消息。

郭平上月首次承認:擬用堆疊換取效能

4月5日,國家知識產權局的網頁上公開了華為的一項專利申請的資料,引起了內地媒體關注。這專利稱為「一種晶片堆疊封裝及終端設備」,就是坊間已流傳接近兩年的華為晶片堆疊封裝技術。

其實,早在2020年6月底,內地媒體已傳出,華為旗下的海思半導體研究出一套方法,將兩枚晶片垂直堆疊,形成一種特別設計的晶片,令其性能倍增。很明顯,這樣設計晶片的目的,是希望彌補內地晶片製造業在製程技術落後的問題。但當時沒有更多資料,所以很快就沒有人再談論。

但在今年3月28日的「華為2021年年度報告發布會」上,華為輪值董事長郭平透露,將會用面積和堆疊來換取晶片的效能,以便華為未來的產品使用不太先進的晶片,仍然可以保持競爭力,重新將這個話題炒熱。

而這次國家知識產權局的網頁更有一幅設計圖。可以看到,華為的方案是將兩枚晶片採用垂直堆疊的方式進行封裝,但兩枚晶片只是部分面積重疊,同時又保留部分面積自行與外界連接。

根據網頁上的資料,這項專利早在2019年9月30日入紙申請,但直到今年4月5日才正式公布,超過兩年半。因此,可以相信在晶片堆疊技術方面,華為已研究多時。至於為何兩枚晶片只是部分面積重疊,而非全部面積重疊,相信其中一個原因是為了減低散熱困難。

蘋果M1 Ultra亦採小晶片技術

事實上,關注半導體行業的人應該會發現,晶片合成技術或者所謂「小晶片」(Chiplet)技術,近期的確成為了行內的熱門話題。例如,蘋果公司今年3月8日才推出的M1 Ultra,就是由兩枚M1 Max使用其UltraFusion封裝內互連技術合成,更將這個話題推上高峰。

不過,兩者的技術方案截然不同。蘋果的M1 Ultra,是在同一個平面上將兩枚M1 Max晶片封裝整合。其好處是設計難度較低,散熱亦比較容易;而缺點則是整合出來的晶片的面積較大。所以,M1 Ultra暫時只應用於桌面電腦Mac Studio。而華為的方案則屬於垂直堆疊,其好處是整合出來的晶片的面積較小;但缺點是設計難度較高,散熱亦比較困難。

華為這項專利申請的消息一曝光,自然又有部分媒體和內地網民樂觀認為,華為很快就可以自行生產晶片,脫離目前的晶片斷供困境。但筆者傾向認為,華為只是取得了一些進展,要真正量產這種垂直堆疊的晶片,還有很多困難需要解決。

首先,需要解決棘手的散熱問題,以及偏高的耗電。華為的專利申請資料沒有認真解釋,如何解決這兩點。

更重要的是,華為仍然需要建立一條百分百國產化或者至少「去美化」的半導體供應鏈,包括:EDA軟件、半導體材料、半導體設備,以及晶片製造、封裝、測試等。

半導體技術不但尖端,而且產業鏈很長,單靠華為一己之力,實在沒可能突破美國用數十年時間築起來的技術壁壘。為此,華為打破一向不投資其他公司的原則,在2019年4月成立了哈勃投資。

哈勃投資的任務,就是在半導體產業鏈上尋找有潛力的內地公司,協助國產化的產業鏈成長。其投資範圍由EDA軟件、晶片設計公司,到半導體設備、半導體材料、晶片生產、封裝、測試……幾乎涵蓋整個半導體產業鏈。根據「天眼查」的數據,截至今年2月,哈勃投資一共發起了77筆投資,入股的企業超過60家。

28納米光刻機跳票 國產化供應鏈遙遙無期

所以,相信華為已經秘密做了很多工夫,甚至可能在堆疊晶片的封裝技術上取得一些公司合作。不過,上海微電子裝備(集團)股份有限公司的28納米製程國產沉浸式深紫外光刻機何時研發成功以及開始量產,仍然是最難跨過的難關之一。

早在2020年5月,就有內地媒體報道,上海微電子已經在28納米製程光刻機的研發上取得重大進展,預料可以在2021年量產。但過不了兩個月,各內地媒體透露的量產時間就變成了2021年或2022年。到了2021年11月,內地多家媒體更傳出消息,指上海微電子研發的28納米光刻機未能通過國家機關的驗收,而該公司和官方機構都沒有評論。這個不利消息,相對來說,可能足以蓋過華為暫時取得的進展;對於內地整個半導體行業的士氣,亦構成了打擊。

明報記者 薛偉傑

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