熱戰開打！晶圓代工大廠台積電、Samsung、Intel晶片內散熱布局
摘要
AI帶來龐大的運算需求，推動半導體的發展與成長，同時也帶來新挑戰，除了先進製程逐漸逼近物理極限，製程微縮的難度大幅提升，散熱也成為晶圓代工大廠越發需要面對的難題。
隨著GPU為首的AI伺服器晶片效能不斷提升，單一晶片的散熱設計功耗(TDP)來到千瓦等級，傳統氣冷散熱技術已漸趨物理極限，液冷散熱技術興起；另一方面，半導體產學也積極投入晶片內嵌入式液冷等散熱技術發展。
一. 越來越熱的AI晶片
二. 先進製程帶來的熱管理挑戰
三. 現行散熱技術發展
四. 晶片內散熱技術正在興起
五. 晶圓代工大廠晶片內散熱解決方案布局
六. 拓墣觀點
圖一 傳統晶片散熱結構與溫度變化
圖二 比利時微電子中心IMEC模擬測試結果
圖三 Srikanth Rangarajan研究團隊將由內而外晶片散熱方案技術分級為T1～T4
圖四 TED嵌入式熱電元件結構示意圖
圖五 嵌入式微射流冷卻結構示意
圖六 在500µm相同單位下，傳統液冷與嵌入式微噴流冷卻散熱的比較
圖七 微流體冷卻通道嵌入功率電子晶片共同設計結構
圖八 傳統冷板與微流道散熱元件剖面比較
圖九 下世代HBM散熱技術演進
圖十 韓國科學技術研究院預測各HBM技術節點與對應的散熱技術
圖十一 台積電IMC-Si製程流程
圖十二 Intel封裝級液冷散熱技術
圖十三 Intel展示不同應用場景、成本與其相對應的熱介面材料解決方案
表一 NVIDIA各製程晶片最大熱設計功耗
表二 現行散熱技術比較表
表三 Samsung扇出型晶圓級封裝技術比較
