介绍移动和无线通信系统里的硬件技术,是本文的一个主要目的。不过,在引入硬件技术以前,移动通信系统中的内容和范围得详细说清楚。当然,要是没有有线或其他通信网络支持,进行移动性通信是办不到的。这里,我们先回顾通信的融合性,也就是有线与无线,交换电路与分组电路,语音与数据,GERAN与UTRAN,无线广域网与无线局域网。
先在低处的物理层,其包含有线网络,像铜双绞线以及光缆,电路交换和分组交换网络,接着和无线网,也就是俗称的2G、3G与4G,还有无线局域网,也就是俗称的wifi,进行空中接口交互,这是通信融合的过程当中的情况。这些任务要借助3GPP发布到3G的Rel7协议等去完成。当下,5G正处于热火朝天的开发状态,所以,我们会针对5G目标以及实现5G目标所要用到的关键技术展开讨论。
之所以移动性其实是借由有线与无线网络相融合去达成的,所以我们会对这两种网络里所运用的关键产品予以回顾。我们发觉通信产品涵盖不同行业,像光纤行业,之于光链路而言硅玻璃是主要运用材料,电缆行业,铜以及塑料被大量用作构造连接器与电缆,半导体和PCB,也就是印刷电路板行业,硅以及有机材料被应用于器件与部件的小型化用途之中了。
在对有线以及无线网络里所运用的产品予以回顾之后,当下已然到了去审视硬件制造和集成技术的时候了,要从这些技术之中构建出通信产品。在本文里,我们将要探讨最为先进的MM(更多摩尔定理(more Moore)的办法)以及MTM(超越摩尔定理(more than Moore)的办法)的工艺过程。这两者均为平面加工工艺技术,适宜大规模生产,MM方法运用的是半导体技术,而MTM运用的是PCB(也涵盖LTCC)和封装技术。所以,MM大多出现在晶圆厂那里,而MTM却是在OSAT(也就是半导体组装以及测试外包,还有test)当中发生的。MM跟MTM在传统意义上被称作集成电路制造连带封装专业哦。
往后,我们会简略地去回顾MM以及MTM的硬件技术,在达成晶体管这方面的现状,还有在达成由A系列AP跟其移动存储器所构成的移动芯片组这方面的现状,而这移动芯片组以及晶体管,是手机终端里最为关键的设备以及组件等。
近年来MM最为重要的成就当属晶体管工程,其能够用HKMG(高k金属栅极)与(三栅)半导体技术的发展予以代表。图1所示为带有HKMG的器件结构。该器件内高k材料(也就是图1中较暗的那一层)和金属栅极的组合,因降低了泄露并增加了晶体管的稳定性,进而使得晶体管的性能相较于传统的二氧化硅(介质)和多晶硅(非金属)栅极更为出色。
图1、HKMG,三个侧面是高k介质,栅极在顶部表面金属化
图2展示了一个具有多个,也就是三栅极构造的3D晶体管器件,它如此称呼是由于三个栅极的每个脊背都从三个侧面受到覆盖,该技术和英特尔最新的栅极处理方法一同,把摩尔定律延伸到32nm,即工艺技术节点及以下,所以,被视作一种重要的MM技术贡献。
图2,是由多个存在着的三栅极构造而成的,其中的三栅极,在其三个侧面之处,每个脊背都处于被覆盖的状态。
在每年的9月份时段,于全世界范围之内,尤其是电子行业以及商业领域当中,众多目光皆聚焦于一款全新手机的问世情况展现,其中A系列AP也就是应用处理器,此外还包括其主要移动内存LPDDR,这些成为众人关注的关键要点所在。之所以如此,原因在于A系列AP及其移动内存乃是许多苹果手机所具备的核心构成部分,而且针对它们进行大规模生产,这里所指为A系列AP器件或者AP和LPDDR内存的POP产品组合,此大规模生产举措代表着每年半导体器件工艺领域能够达成的最高成就水平。
苹果公司的A系列AP也就是像A4,A5这类,其移动内存为LPDDR,它们被封装于一种先进的封装里,也就是所谓的“POP(在一个之上,封装加封装)”,就如图3展示的那样请注意,图3当中双芯片die的存储器并非是相对于下面的AP呈对称放置的因为所采用的键合技术可能是其中的一个因素双LPDDR处于封装的顶部,而AP也就是应用程序处理器处于底部。这种配置能够极大程度提升处理器的性能,可是,AP的散热属于一个值得予以关注的问题。在后续的AP(A7)/POP当中,存在三行TMVs(成型通孔),然而图3的设计里仅仅有两行,就如同图3所呈现的那样。增添更多的TMVs(成型通孔)能够被设计用以助力散热。
用来作所在的POP中的横截面图的,是那图3中AP(A4)与LPDDR的组合,两边存在均有两排的TMVs。
按照芯片制造商三星(其中 14nm),或者台积电(其为 16nm),A9 是采用 14nm 和/或 15nm 工艺给制造出来的。各类不同来源已然表明,A10,是被投入使用的,且是于 2016 年 9 月予以提供的,它运用的是台积电的 16nm 技术来制造的;然而,在当年属于最先进的 10nm 技术是三星用来生产高通的 AP 的。
因为MM硬件是在本文被介绍的,MTM硬件也是在本文被介绍的,所以去理解它们相互之间的区别这件事是具备重要意义的,让我们借助下表1来对它们之间的差异予以说明:
表1、MM和MTM比较
MTM硬件技术,对满足未来5G移动性需求而言,有着重要的现实意义。