轉載從: Tech News 科技新報
根據報導，台積電推出 3D SoIC 後端服務後，還開發主要用於超級計算 AI 晶片的 InFO SoW（晶圓系統）技術，並有望在兩年內以 InFO（整合式扇出封裝技術）衍生製程開始量產。
之前台積電已與 Cerebras 合作，InFO 衍生製程開始量產意味著台積電可能 2 年內開始商業化生產專屬超級電腦的 AI 晶片。這款從去年推出就備受矚目的超級 AI 晶片若商業化，機器學習或將邁入新階段。
製造「超級」AI 晶片，面臨互連難題
此次台積電計劃生產的 AI 晶片，就是新創人工智慧公司 Cerebras Systems 去年推出的世界最大半導體晶片，擁有 1.2 兆顆電晶體，40 萬顆核心，面積為 46,225 平方公釐，晶片上記憶體 18G，是目前面積最大晶片 NVIDIA GPU 的 56.7 倍，並多了 78 顆計算核心。
據 Cerebras 說法，這是目前唯一百萬級電晶體晶圓級處理器，基於此晶片推出的 CS-1 系統可提供比其他系統更少空間和功耗計算效能，相當於標準資料中心機架三分之一，同時取代數十萬個 GPU 的需求。
（Source：Cerebras）
Cerebras 之所以推出這款 AI 晶片，主要是針對深度學習的工作負載。當今人工智慧發展受訓練模型花費時間的限制，如何縮短訓練時間是整個產業共同的問題。目前大多數晶片都是在 12 英吋矽晶圓上製成的晶片集合，並在晶片工廠批量加工，但 Cerebras 晶片卻是採用互連法，將所有核心放在同一塊矽晶圓上，使資料移動快速且低功耗。
另一方面，Cerebras 將所需資料儲存在處理器晶片而非單獨儲存晶片，意味著晶片能將原本需幾個月的訓練縮短到幾分鐘，推理能力也更強。
所有改進都指向製造的晶片越大越好，但晶片越大，可能出現的缺陷也就越多，就要求製造晶片的過程中，盡可能解決難題。例如，光刻工具旨在將特定圖案一遍又一遍投射到較小的矩形框內，由於在晶圓的不同位置刻蝕不同圖案的成本和難度，限制了在同一晶圓構建不同的系統。
對於超級計算晶片而言，最大的挑戰在於晶片互連。這要求晶片製造商在每個晶片周圍留下空白矽窄邊，稱為劃線。基於這難題，Cerebras 與台積電合作。
台積電先進封裝技術有望達成「超級」AI 晶片量產
台積電與 Cerebras 的合作，整合式扇出型封裝技術（InFO）發揮了重要作用。
而整合式扇出封裝技術是什麼？
從技術特點來看，先進晶圓封裝技術分為扇入型（Fat-in）和扇出型（Fan-out）兩種，傳統晶圓級封裝多採扇入型架構，完成再布線並形成與外部互連的焊球，主要應用於 I/O 引腳數量較少的積體電路晶片。但隨著終端機用戶對產品效能要求日趨增多，摩爾定律下製程節點不斷推進，滿足要求的晶片需要更多 I/O 引腳，傳統扇入型封裝已不符合要求，扇出型晶圓級封裝方式應運而生。
扇出型封裝突破 I/O 引出端數目的限制，透過晶圓重構增加單個封裝體面積，之後應用晶圓級封裝的先進製程完成多層再布線和凸點製備，切割分離後得到能與外部效能互連的封裝體。
（Source：台積電）
不同廠商的技術各有差異，就台積電而言，扇出型晶圓封裝領域開發出整合式扇出封裝技術（InFO），並於 2014 年宣布量產。台積電採用的扇出型封裝技術，捨棄了原本扇入型封裝使用的印刷電路版，直接將 NAND、邏輯 IC、RF 射頻等元件嵌入晶圓，意味著靠扇出型封裝技術得到的晶片厚度和成本都減少。
根據台積電的說法，扇出型封裝技術使晶片厚度減少 20%，成本降低 30%，同時互連功耗降低 15%。以較小功耗達成高連線性，這正是超級計算 AI 晶片所需解決的問題。
儘管扇出型封裝技術比扇入型封裝先進，但考慮到安全性等因素，目前市場只有手機應用處理器使用扇出型封裝，CPU 和邏輯 IC 等依然使用扇入型封裝。基於成本與厚度優勢，未來可能有越來越多晶片採用扇出型封裝技術。此次台積電與 Cerebras 合作，也為扇出型封裝技術開拓新市場。
價高但值得付出
預計 Cerebras 晶圓的成本為 200 萬美元，價格昂貴，就算量產也無法短時間內大量普及，但學習能力和推理能力確實值得期待，這似乎是 cyber 時代機器走向人類的一大步，如同我們對 5G 世界的想像。當機器學習更普及，我們的世界將會變成什麼樣子？