向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了
广告

用芯片堆栈技术实现摩尔定律的局部突破

时间:2017-09-12 作者:Rick Merritt 阅读:
在8月下旬于美国硅谷举行的年度Hot Chips大会上,Intel与Xilinx分享了芯片堆栈技术的最新进展...

美国的一项研究项目旨在培育一个能以即插即用的“小芯片(chiplet)”来设计半导体的生态系统;而在此同时,英特尔(Intel)和赛灵思(Xilinx)等厂商则是使用专有封装技术,来让自己的FPGA产品与竞争产品有所差异化。Z0YEETC-电子工程专辑

在未来八个月,美国国防部高等研究计划署(DARPA)的“CHIPS”(Common Heterogeneous Integration and Intellectual Property Reuse Strategies)项目,期望能定义与测试开放芯片接口(open chip interfaces),并在三年内让许多公司运用该链接接口来打造各种复杂的零组件。Z0YEETC-电子工程专辑

英特尔已经参与此项项目,其他厂商预计也会马上跟进;这位x86架构的巨擘正在内部争论是否要公开部份的嵌入式多芯片互连桥接技术(embedded multi-die interconnect bridge,EMIB),而在8月下旬于美国硅谷举行的年度Hot Chips大会上,英特尔公布了目前EMIB技术的大部分细节。Z0YEETC-电子工程专辑

Xilinx为CCIX (Cache Coherent Interconnect for Accelerators)互连架构的领导者,该公司的一些高阶主管表达了对于该DARPA项目的兴趣,并宣布其第四代FPGA使用台积电(TSMC)专有的CoWoS 2.5D封装技术。然而究竟哪一种方式能为主流半导体设计降低成本、带来高带宽连接,至今尚不明朗。
20170904-stacks-1
*英特尔将EMIB (中间)定位为电路板与裸晶之间的连接技术
(来源:Intel)*Z0YEETC-电子工程专辑

使用有机基板(organic substrate)的多芯片模块(MCM)已经行之有年,除了相对较低密度的问题,有些供应商正在想办法降低成本。台积电率先推出了一种扇出型(fan out)晶圆级封装,用来封装苹果(Apple)最新iPhone手机中的应用处理器及其内存,该技术提供比多芯片模块技术更大的密度,但用来链接处理器仍不够力。Z0YEETC-电子工程专辑

高端的AMD与Nvidia图形芯片已经和Xilinx一样,使用像是CoWoS的2.5D技术,将处理器与内存堆栈链接在一起;不过一位曾拒绝在Xbox上使用此技术的微软(Microsoft)资深工程师提到,目前这些技术对于消费电子产品来说仍太过昂贵。Z0YEETC-电子工程专辑

如同微软,AMD的Epyc服务器处理器不考虑采用相对昂贵的2.5D 堆栈技术,此处理器是由有机基板上的四颗裸晶(die)所组成。在Hot Chip大会上介绍该芯片的AMD代表Kevin Lepa表示:“较传统的多芯片模块是较为人知的技术,成本更低…某些方面(效能)会有所牺牲,但我们认为这是可以接受的。”Z0YEETC-电子工程专辑

一些人希望DARPA的研发项目能尽速解决复杂的技术与商业瓶颈,Xilinx的一位资深架构师即表示:“我们希望小芯片能变成更像是IP。”Z0YEETC-电子工程专辑

在2014年,英特尔首先将其EMIB技术形容为功能媲美2.5D堆栈技术、但成本更低的方案,某部分是因为它只使用一部份的硅中介层(silicon-interposer)来连接任何尺寸的裸晶两端。Altera在被英特尔并购前尝试过该技术,其现在出货的高阶Stratix FPGA使用EMIB来链接DRAM堆栈与收发器。Z0YEETC-电子工程专辑

EMIB接口与CCIX进展Z0YEETC-电子工程专辑

在Hot Chips大会上,英特尔介绍了两种采用EMIB技术的接口,其一名为UIB,是以一种若非Samsung就是SK Hynix使用的DRAM堆栈Jedec链接标准为基础;另外一个称作AIB,是英特尔为收发器开发的专有界面,之后广泛应用于模拟、RF与其他组件。
20170904-stacks-2
*英特尔的AIB接口内部架构
(来源:Intel)*Z0YEETC-电子工程专辑

对于EMIB来说,这两者都是相对较简单的平行I/O电路,英特尔相信比起串行链接接口,可以有较低的延迟性与较好的延展扩充性(Scaling)。到目前为止,采用上述两种接口的模块已经在英特尔的3座晶圆厂以6种工艺节点进行过设计。Z0YEETC-电子工程专辑

英特尔还未决定是否将公布AIB,也就是将之转为开放原始码;该接口在物理层的可编程速度可高达2 Gbps,即在一个EMIB连结上支持2万个连接。Z0YEETC-电子工程专辑

英特尔FPGA部门的高级架构师Sergey Shuarayev表示:“纯粹就带宽来说是很大的,而且我们可以建立庞大的系统──比光罩更大;”他表示EMIB组件带宽会比2.5D堆栈大6倍。此外密度也会提高,新一代的EMIB技术将支持35微米(micron)晶圆凸块,现今在实验室中使用10mm连接的情况下,密度比目前使用的55mm凸块高出2.5倍。Z0YEETC-电子工程专辑

Shuarayev认为EMIB技术能被用以链接FPGA与CPU、数据转换器与光学零组件,比起2.5D堆栈技术来说,成本更低、良率更高;他补充说明,部分原因是它能从FPGA中移除难以处理的模拟区块。Z0YEETC-电子工程专辑

Xilinx则在Hot Chips大会上推出VU3xP,为第四代的芯片堆栈方案,包含最多3个16纳米FPGAs与两个DRAM堆栈;估计明年4月前可提供样品。这也是第一款使用CCIX接口的芯片方案,支持四个链接主处理器与加速器的一致性链接(coherent links)。Z0YEETC-电子工程专辑

基于PCIe架构的CCIX最初运作速度为25 Gbits/s,有33家公司支持此接口,目前IP方面由Cadence与Synopsys提供;Xilinx副总裁Gaurav Singh表示:“有许多处理器正导入此标准。”此外,Xilinx采用坚固的AXI开关,自行设计了DRAM堆栈区的连接(如下)方式,与各种内存控制器互通。
20170904-stacks-3
*Xilinx以16个256位、运作速度达到450MHz的AXI端口链接8个内存控制器,将其最新的FPGA连接到DRAM堆栈
(来源:Xilinx)*Z0YEETC-电子工程专辑

英特尔与Xilinx都提到了设计模块化芯片时所面临的一些挑战。CoWoS工艺要求芯片的最大接面温度维持在摄氏95度以下;Singh提到,DRAM堆栈每减少一层,温度大约会提高两度;Shumarayev则表示,英特尔要求芯片供应商为堆栈出货的裸晶都是KGD (known good die),因为封装坏晶粒的成本问题一直是多芯片封装市场的困扰。Z0YEETC-电子工程专辑

编译:W. Lin;责编:Judith ChengZ0YEETC-电子工程专辑

本文授权编译自EE Times,版权所有,谢绝转载Z0YEETC-电子工程专辑

EETC wechat barcode


关注最前沿的电子设计资讯,请关注“电子工程专辑微信公众号”。
Z0YEETC-电子工程专辑

Z0YEETC-电子工程专辑

本文为EET电子工程专辑 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
Rick Merritt
EE Times硅谷采访中心主任。Rick的工作地点位于圣何塞,他为EE Times撰写有关电子行业和工程专业的新闻和分析。 他关注Android,物联网,无线/网络和医疗设计行业。 他于1992年加入EE Times,担任香港记者,并担任EE Times和OEM Magazine的主编。
您可能感兴趣的文章
  • 中国本土的IC封装实力究竟如何? 由于过去发展基础稳固,加上2014至2016年海外收购策略成效显著,使得大陆本土半导体封装及测试厂获得先进封装的技术,包括BGA、WLP、SiP等先进封装均已实现量产。在此情况下,封测将是短期内能达成大陆自给程度最高的半导体环节。据亚化咨询统计,中国半导体封装企业已多达121家,中国迎来了封装业发展黄金时期。
  • 极简电源设计,适应各种快充和适配器设备 随着智能设备和数码科技产品的飞速发展和更新换代,AC/DC开关电源市场也在同步发生飞快的变化,从传统的5V1A、5V2A到5V2.4A、5V/3.4A、5V5A等等,特别是各种快充协议层出不穷,令人应接不暇。这对电源厂商来说既是好消息,也是坏消息……
  • 笙科发布蓝芽低功耗 Mesh /BLE Central SoC芯片A3107M 笙科电子(AMICCOM)于2018年5月发布适用于Mesh/ BLE Central 端 的蓝牙低功耗 (Bluetooth LE) SoC芯片,命名为A3107M0。
  • 日月光与Cadence携手开发首套系统级封装EDA解决方案 该方案为日月光高效能、先进IC封装技术量身打造,以高密度封装处理同质与异质芯片的集成,强化芯片效率和无源设计优化……
  • AI有需求,第二代HBM技术应运而生 HBM迄今仍属于利基型技术,是否能因为AI等新应用进一步扩大市场版图,分析师认为目前仍很难说…
  • 从英特尔多芯片封装架构布局看先进封装产业发展趋势 先进封装技术能够集成多种制程工艺的计算引擎,实现类似于单芯片的性能,但其平台范围远远超过单芯片集成的芯片尺寸限制。这些技术将大大提高产品级性能和功效,缩小面积,同时对系统架构进行全面改造。因此,得益于对更高集成度的广泛需求、摩尔定律的放缓、以及交通、5G、消费类、存储和计算、物联网(包括工业物联网)、人工智能(AI)和高性能计算(HPC)等大趋势的推动,先进封装逐步进入其最成功的时期……
相关推荐
    广告
    近期热点
    广告
    广告
    广告
    可能感兴趣的话题
    广告