半个世纪以来，半导体行业一直在魔鬼般的摩尔定律的指导下飞速前进，工艺、架构、技术不断翻新，但任何事情都有个变化的过程。近年来，整个半导体行业明显感觉吃力了很多，很多老路已经行不通或者跑不快了，要想继续前行，必须拓展新思路、新方向。

比如说处理器芯片封装，以往大家都是习惯于在一个平面上摊大饼。随着集成模块的多样化、工艺技术的复杂化，这种传统方式越来越难以为继，跳出来走向 3D 立体的世界也就成了必然。

其实对于 3D 堆叠式芯片设计，大家应该并不陌生，很多芯片领域都已经做过尝试，有的还发展得极为成熟。最典型的就是 NAND 闪存，3D 堆叠式封装已经做到了惊人的 96 层，未来还会继续加高，无论容量还是成本都可以更加随心所欲，不受限制。

不过在最核心的 CPU 处理器方面，受制于各种因素，封装方式一直都没有太大突破，变来变去也都是在一块平面基板上做文章，或者是单芯片，或者是多芯片整合。

最近，Intel 提出了革命性的 Foveros 3D 立体芯片封装技术，首次为 CPU 处理器引入了 3D 堆叠式设计，堪称产品创新的催化剂，或将成为 CPU 处理器历史上一个重要的转折点。

Intel Foveros 3D 封装技术带来了 3D 堆叠的显著优势，可实现逻辑对逻辑 ( logic-on-logic ) 的集成，为芯片设计提供极大的灵活性。

它允许在新的设备外形中 " 混搭 " ( mix and match ) 不同工艺、架构、用途的技术 IP 模块、各种内存和 I/O 元件，使得产品能够分解成更小的组合，同时将之前分散、独立的不同模块结合为一体，以满足不同应用、功耗范围、外形尺寸的设计需求，以更低的成本实现更高的或者更适宜的性能。

其实在此之前，Intel 曾经应用过一种 2D 集成技术 "EMIB" ( 嵌入式多芯片互连桥接 ) ，把不同工艺、功能的 IP 模块整合到单一封装中，相比传统 2D 单片设计更有利于提高良品率、提升整体性能、降低成本、加快产品上市速度，典型产品代表就是集成了 Intel 八代酷睿 CPU、AMD Vega GPU 图形核心的 Kaby Lake-G 系列。

Foveros 则进化到了 3D 集成，延续 2D 集成各种优势的同时，加上全新水平的集成密度和灵活性，首次让逻辑芯片可以堆叠在一起，彻底颠覆并重新构建了系统芯片架构。

在 Intel 提供的 Foveros 3D 堆叠封装示意图上，可以清楚地看到这种盖楼式设计的巧妙之处：

最底部的封装基板之上，是核心的基础计算芯片，再往上可以堆叠计算、视觉等各种模块，高性能逻辑、低功耗逻辑、高密度内存、高速内存、传感器、功率调节器、无线电、光电子等等就看你需要什么了，无论是 Intel IP 还是第三方 IP 都可以和谐共处，客户完全可以根据需要自由定制。

当然，如何处理不同模块之间的高速互连，确保整体性能、功耗等都处于最佳水平，无疑是非常考验设计能力和技术实力的，TSV 硅穿孔、分立式集成电路就是其中的关键所在。

Intel 还强调，3D 封装不一定会降低成本，但重点也不在于成本，而是如何把最合适的 IP 放在最合适的位置上，进行混搭，这才是真正的驱动力。

Foveros 3D 封装技术将从 2019 年下半年开始，陆续出现在一系列产品中，未来也会成为 Intel 芯片设计的重要根基。

首款产品代号为 "Lakefield"，也是全球第一款混合 CPU 架构产品。Intel 同时展示了基于该处理器的小型参考主板，称其可以灵活地满足 OEM 各种创新的设备外形设计。

Lakefield 将会结合高性能的 10nm 运算堆叠小芯片、低功耗的 22nm FFL 基础硅片，首次展示的参考设计示例中，就集成了 CPU 处理器、GPU 核心显卡、内存控制器、图像处理单元、显示引擎，以及各种各样的 I/O 输入输出、调试和控制模块。

作为混合 x86 架构产品，它拥有一个 10nm 工艺的高性能 Sunny Cove CPU 核心 ( Ice Lake 处理器就用它 ) ，以及四个 10nm 工艺的低功耗 Atom CPU 核心，二者既有自己的独立缓存，也共享末级缓存，同时核芯显卡也和 Ice Lake 一样进化到第 11 代，不但有多达 64 个执行单元，功耗也控制得非常低。

除了规格设计上的先进，更让人激动和期待的是它的超小体积和超低功耗。

根据官方数据，Lakefield 的封装尺寸今有 12 × 12 毫米，也就是一个拇指指甲盖那么大，而基于它的主板参考设计，也是 Intel 历史上最为小巧的主板，可以完全满足屏幕小于 11 寸的设备的需求。

功耗嘛，按照 Intel 早前的说法，Lakefield 待机的时候只有区区 0.002W，几乎可以忽略不计，而最高功耗也不会超过 7W，完全可以不需要风扇，自然能设备做得更加轻薄。

芯片设计从 2D 平铺转向 3D 堆叠，这就为设备和系统结合使用高性能、高密度和低功耗芯片制程技术奠定了坚实的基础，也为半导体行业的发展和突破打开了一扇新的大门，有了更多的新思路可以探索。

Foveros 3D 封装技术的提出，充分说明 Intel 已经找准了未来芯片设计的新方向，不再拘泥于传统框架，可以更加灵活地设计性能更强、功能更丰富、功耗更低、用途更灵活的不同产品，满足差异化设备和市场需求。