计算速度的下一个伟大飞跃 - 彭博社

封装技术通常不会激发半导体工程师的热情。行业中的顶尖人物是设计电路的人，而不是为芯片设计保护外壳或封装的人。但突然间，封装引起了波音、数字设备、IBM和摩托罗拉等顶尖科学家的高度关注。因为如果在这一晦涩的艺术上没有重大改进，推动电子行业增长的半导体性能的持续提升将会急剧放缓。“这就是为什么封装将在1990年代成为热门话题，”德州仪器公司的首席技术官乔治·H·海尔迈尔说。

计算速度的秘密在于尺寸：电路越紧凑，电信号必须传输的距离就越短——芯片处理数据的速度就越快。缩小电路使得桌面计算机的速度与几年前的主机相当。但现在，一个速度陷阱潜伏在前方。在芯片电路中快速流动后，电脉冲通过将封装芯片与电路板连接的金属线被泵送。然后，它们穿过电路板到达另一个芯片。这些旅程只需十亿分之一秒，这在以前并不重要。但由于明天的桌面计算机将如此快速，这些延迟可能会将数据处理增益削减多达80%。

前方的障碍。解决这一问题的主要方案是多芯片模块（MCMs）。这个想法很简单：与其在每个封装中放置一个芯片，不如安装多个——并消除这些芯片间的延迟。除了大型电子公司外，还有十几个初创公司正在研究MCMs。市场研究公司Dataquest Inc.预测，到1990年代中期，多芯片将成为一个180亿美元的市场——到2000年，三分之一的半导体将被封装在MCMs中。

在那之前，还有许多高难度的障碍需要克服。目前，芯片制造商很少出售未封装的芯片，因为在电路封装之前无法进行最终质量检查。“我们对质量有严格的标准，”英特尔公司的市场经理达娜·E·克雷尔说。“我们不希望这超出我们的控制。”但可能别无选择：很少有美国芯片制造商生产所有可能在多芯片模块（MCM）中使用的芯片。

还有其他问题。如果一个MCM中单个芯片的质量水平为97%，那么在一个20芯片模块中出现一个有缺陷的芯片的机会几乎是50-50。由于半导体封装通常无法重新打开，一个有缺陷的模块意味着要丢弃19个好的芯片。这就是为什么MCM供应商正在努力开发创新技术，以在模块密封之前发现有缺陷的芯片。例如，瑞凯姆公司的先进封装系统子公司在原始芯片上附加了一小网金属线。这些金属线首先用于测试电路，然后用于将其连接到MCM。

在大型机中，十年前对更快的芯片间通信的需求变得显而易见，专有的多芯片模块现在加速了许多大型计算机。数字设备公司的VAX 9000大型机有13个MCM，每个MCM最多可容纳76个芯片。DEC表示，这些模块使9000的性能翻倍。对于其System/390，IBM使用最多可容纳133个芯片的模块——而MCM运行得如此快速和热，以至于必须进行冷却。

关键速度。现在，轮到工程工作站了。当计算机的心跳达到每秒5000万脉冲，或50兆赫兹时，MCM封装变得至关重要——这一标志很快将被高端工作站所达到。摩托罗拉公司有一款50兆赫微处理器，而英特尔刚刚推出了一款100兆赫的设计。位于加利福尼亚州圣荷西的一家初创公司nChip Inc.为Sun Microsystems Inc.工作站开发了一个原型五芯片模块，其运行速度比普通单芯片封装中的相同芯片快25%。多芯片封装，正如Sun Microsystems的高级开发总监大卫·R·迪茨尔所说，“显然是即将到来的。”

构建一个可靠的工作站MCM，其成本不超过额外的20%到30%将是一个关键。此外，除了质量问题，还有技术问题，例如最有效的芯片连接方式。IBM将一些芯片倒置粘贴到其MCM上。新兴公司Irvine Sensors Corp.则将它们堆叠并插入边缘朝下。

解决这些细节是微电子与计算机技术公司（Microelectronics & Computer Technology Corp.）、奥斯丁（德克萨斯州）研究联盟以及五角大楼的国防高级研究计划局（Defense Advanced Research Projects Agency）项目的目标。两者都在资助数百万美元的竞赛，参与团队正在研究不同的MCM制造方法。

在这一切中，变数可能是日本。他们也在完善多芯片封装——而培育这个市场对日本的垂直整合供应商来说将更容易，因为他们通常生产广泛的芯片。相比之下，分散的美国电子产业可能会在关于谁放弃裸芯片和谁进行封装的领土争斗中陷入困境。除非避免这种情况，多芯片模块可能会使美国在明天的电子市场中落后。