AI晶片技術專利系列四－格羅方德在AI晶片中力搏一席之地 原文網址: https://bit.ly/3QAhdA2 原文: 目前半導體先進製程的領域中，被全球公認的三大巨頭是台積電、英特爾、三星電子，但 有人可能好奇其他昔日大咖的發展為何？本篇就來看曾經是AMD超微半導體公司製造部門 獨立出，也是目前全球專業晶圓代工排名第四的格羅方德公司(GlobalFoundries Inc.)。 格羅方德對台灣業界印象最深的，就是它和我國台積電幾年前的專利官司。2019年9月格 羅方德先起訴台積電16項專利侵權；為反擊競爭對手，台積電旋即於當年10月在德國、新 加坡和美國，對格羅方德提起專利侵權訴訟，但台積電畢竟是全球龍頭立即以迅雷不及掩 耳之速，反訴控稱格羅方德的12 nm、14 nm、22 nm、28 nm和40 nm節點侵犯其總計25項 專利。迫使格羅方德不得不於2019年10月下旬即與台積電和解，終結這場戲劇性之半導體 專利大戰（開始到結束都極快速突然），兩家公司同意為其所有現有半導體專利，以及未 來十年內申請的新專利互相授予交叉授權(cross license)。 本文藉由格羅方德的專利佈局，一窺其內部的技術發展，特別針對之本系列之前一~三所 提及的半導體先進封裝技術來分析。為了解格羅方德是否具有類似台積電的CoWoS技術發 展，於AI系統-Lupix [1] 輸入與晶片堆疊有關的CoWoS技術特徵，即：「CoWoS可進一步 拆分為 CoW 和 WoS，CoW是Chip-on-Wafer，將晶片堆疊，而WoS就是基板上晶圓 (Wafer-on-Substrate)。CoWoS主要是將系統單晶片(SoC)與高頻寬記憶體(HBM)設置在中 介層(interposer)上，先經由微凸塊(micro bump)連結，使中介層內的金屬線可電性連接 不同的SoC與HBM，以達到各晶片間的電子訊號順利傳輸，然後經由矽穿孔 (Through-Silicon Via，TSV)技術來連結下方PCB基板(substrate)，讓多顆晶片可封裝一 起，以達到封裝體積小、功耗低、引腳少、成本低等效果。」 掃描出來的結果發現，格羅方德在晶片堆疊與封裝的相關專利上，數量似不如台積電、英 特爾與三星電子來得多，不過比例上倒是偏向3D封裝，似乎有意全力衝刺3D封裝技術；至 於相關專利的整體價值，似乎也不如前面的半導體三巨頭。然而，格羅方德在近幾年對於 晶片堆疊技術方面的聲量不如台積電、英特爾和三星電子大，有可能是只專注在汽車工業 、國防工業、衛星通訊等特定工業領域的晶片製造有關，而不像台積電、英特爾和三星電 子還包含廣大的消費性電子市場。 儘管從各方面的專利數據來看，格羅方德略遜於三巨頭，不過其中有一件專利相對具競爭 力，只是它是3D版的封裝專利，而非2.5D版，其標題為「具有RDL中介層的三維IC封裝與 相關方法」（以下稱本專利），其台灣專利號為TWI702658B，而對應的美國專利號為 US10388631B1 (3D IC package with RDL interposer and related method)，分別於 2020/08/21和2019/08/20獲證，目前本專利在機電技術領域中的專利價值之PR值 (Percentile Rank)為91，也就是說，其專利價值高過91%的機電技術領域。 本專利提到可用在7奈米的產品，但沒提到是否能應用在5奈米以下。若真能在7奈米量產 並在產品上順利運行，其實格羅方德也不算太落後。圖1係為格羅方德對於本專利在晶片 垂直堆疊結構的分解圖。在垂直方向上，藉由上方的HBM（高頻寬記憶體190）的互連元件 (192)，各自對準下方的邏輯晶粒(104)的UBM（凸塊下金屬184）後，再經由中介層(150) 中的RDL（Redistribution Layer，重佈線層152）與以銅材料製成的TSV(131)，可達到 HBM(190)與邏輯晶粒(104)之間的電子訊號傳輸。最後的完成品的3D IC封裝如圖2所示， HBM(190)與邏輯晶粒(104)完成垂直方向的堆疊結構後，再電性連結到PCB基板上。 熟悉半導體先進封裝技術者看到本專利後，也許會馬上聯想到台積電的另一個稱霸武林的 密技「InFO晶圓級封裝」(Integrated Fan-Out Wafer Level Package)，如圖3所示，上 方的DRAM可對應本專利的HBM(190)，下方的Logic可對應本專利的邏輯晶粒(104)，而上下 兩晶粒都可藉由RDL與通孔(via)來達成傳輸電子訊號。然而，從本專利請求項的專利保護 範圍與其對應的實施方式來看，格羅方德這樣的發明概念，是一種「扇入」(fan-in)，與 台積電的「扇出」(fan-out)有所不同。 在積體電路中，所謂的「扇入」是指從多個輸入端整合訊號，並將其輸出到一輸出端，以 供單元件或電路使用，這樣的設計通常只能透過RDL向內走線，用於將多個源訊號合併為 單一訊號，以簡化電路並節省空間，只適合較簡單的應用。而「扇出」則相反，是指從一 輸入端將訊號分配給多個輸出端，以供多個元件或電路使用，這樣的設計可使RDL向內與 向外走線，如此不僅可容納更多的晶片與降低成本，而且有助於提高系統開發的靈活性。 心得: 格羅方德在AI晶片領域展現決心，雖專利數量稍遜於巨擘，卻致力於3D封裝技術。雖未如 預期受矚目，其專利價值與競爭力仍凸顯。特別是其3D IC封裝專利，展現在晶片堆疊方 面的新思維。雖然與台積電的InFO晶圓級封裝有所差異，但其「扇入」概念或將開創新契 機，值得密切關注。 --

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