計算速度的下一個偉大飛躍 - 彭博社

封裝技術通常不會激發半導體工程師的熱情。行業中的頂尖人物是設計電路的人，而不是為芯片設計保護外殼或封裝的人。但突然間，封裝引起了波音、數字設備、IBM和摩托羅拉等頂尖科學家的高度關注。因為如果在這一晦澀的藝術上沒有重大改進，推動電子行業增長的半導體性能的持續提升將會急劇放緩。“這就是為什麼封裝將在1990年代成為熱門話題，”德州儀器公司的首席技術官喬治·H·海爾邁爾説。

計算速度的秘密在於尺寸：電路越緊湊，電信號必須傳輸的距離就越短——芯片處理數據的速度就越快。縮小電路使得桌面計算機的速度與幾年前的主機相當。但現在，一個速度陷阱潛伏在前方。在芯片電路中快速流動後，電脈衝通過將封裝芯片與電路板連接的金屬線被泵送。然後，它們穿過電路板到達另一個芯片。這些旅程只需十億分之一秒，這在以前並不重要。但由於明天的桌面計算機將如此快速，這些延遲可能會將數據處理增益削減多達80%。

前方的障礙。解決這一問題的主要方案是多芯片模塊（MCMs）。這個想法很簡單：與其在每個封裝中放置一個芯片，不如安裝多個——並消除這些芯片間的延遲。除了大型電子公司外，還有十幾個初創公司正在研究MCMs。市場研究公司Dataquest Inc.預測，到1990年代中期，多芯片將成為一個180億美元的市場——到2000年，三分之一的半導體將被封裝在MCMs中。

在那之前，還有許多高難度的障礙需要克服。目前，芯片製造商很少出售未封裝的芯片，因為在電路封裝之前無法進行最終質量檢查。“我們對質量有嚴格的標準，”英特爾公司的市場經理達娜·E·克雷爾説。“我們不希望這超出我們的控制。”但可能別無選擇：很少有美國芯片製造商生產所有可能在多芯片模塊（MCM）中使用的芯片。

還有其他問題。如果一個MCM中單個芯片的質量水平為97%，那麼在一個20芯片模塊中出現一個有缺陷的芯片的機會幾乎是50-50。由於半導體封裝通常無法重新打開，一個有缺陷的模塊意味着要丟棄19個好的芯片。這就是為什麼MCM供應商正在努力開發創新技術，以在模塊密封之前發現有缺陷的芯片。例如，瑞凱姆公司的先進封裝系統子公司在原始芯片上附加了一小網金屬線。這些金屬線首先用於測試電路，然後用於將其連接到MCM。

在大型機中，十年前對更快的芯片間通信的需求變得顯而易見，專有的多芯片模塊現在加速了許多大型計算機。數字設備公司的VAX 9000大型機有13個MCM，每個MCM最多可容納76個芯片。DEC表示，這些模塊使9000的性能翻倍。對於其System/390，IBM使用最多可容納133個芯片的模塊——而MCM運行得如此快速和熱，以至於必須進行冷卻。

關鍵速度。現在，輪到工程工作站了。當計算機的心跳達到每秒5000萬脈衝，或50兆赫茲時，MCM封裝變得至關重要——這一標誌很快將被高端工作站所達到。摩托羅拉公司有一款50兆赫微處理器，而英特爾剛剛推出了一款100兆赫的設計。位於加利福尼亞州聖荷西的一家初創公司nChip Inc.為Sun Microsystems Inc.工作站開發了一個原型五芯片模塊，其運行速度比普通單芯片封裝中的相同芯片快25%。多芯片封裝，正如Sun Microsystems的高級開發總監大衞·R·迪茨爾所説，“顯然是即將到來的。”

構建一個可靠的工作站MCM，其成本不超過額外的20%到30%將是一個關鍵。此外，除了質量問題，還有技術問題，例如最有效的芯片連接方式。IBM將一些芯片倒置粘貼到其MCM上。新興公司Irvine Sensors Corp.則將它們堆疊並插入邊緣朝下。

解決這些細節是微電子與計算機技術公司（Microelectronics & Computer Technology Corp.）、奧斯丁（德克薩斯州）研究聯盟以及五角大樓的國防高級研究計劃局（Defense Advanced Research Projects Agency）項目的目標。兩者都在資助數百萬美元的競賽，參與團隊正在研究不同的MCM製造方法。

在這一切中，變數可能是日本。他們也在完善多芯片封裝——而培育這個市場對日本的垂直整合供應商來説將更容易，因為他們通常生產廣泛的芯片。相比之下，分散的美國電子產業可能會在關於誰放棄裸芯片和誰進行封裝的領土爭鬥中陷入困境。除非避免這種情況，多芯片模塊可能會使美國在明天的電子市場中落後。