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如何让芯片架构师在纳米级调色板上挥洒创意?

时间:2019-07-11 作者:邵乐峰 阅读:
继Foveros 3D芯片封装技术后,英特尔日前再度推出三项被称之为“芯片架构师创意调色板”的先进封装技术。
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在本周于旧金山举办的SEMICON West大会上,英特尔的工程技术专家们介绍了英特尔先进封装技术的最新信息,并推出了一系列全新基础工具,包括将EMIB和Foveros技术相结合的创新应用,以及全新的全方位互连(ODI, Omni-Directional Interconnect)技术。CM5EETC-电子工程专辑

罗马不是一天建成的

其实早在2018年底英特尔的“架构日”上,英特尔就公开展示了Foveros 3D芯片封装技术,这是一种系统级封装集成,为嵌入式多芯片互连桥接(EMIB)多芯片封装技术增加了第二个维度,EMIB是英特尔一项研究多年的工作,并最终在连接小芯片的Stratix 10 FPGA、以及在单独封装的配置AMD GPU和高带宽内存(HBM)的Kaby Lake-G 酷睿芯片上得到应用。CM5EETC-电子工程专辑

使用Foveros系统级封装多芯片模块,为计算复合体(可以包括内存及其它组件)提供服务的I/O电路、SRAM缓存和电源电路可以在基层芯片上构建,基层芯片覆盖于封装衬底上,衬底可以放置针脚与插槽配合,抑或直接焊接到主板上。有源中介层被放置在该封装衬底上,其上方的各种小芯片通过硅穿孔(TSV)可以互相连接。小芯片上的微凸块可以通过TSV向下深入中介层,从而连接到堆叠芯片的最底层,然后在中介层内可以到达邻近,或到达堆叠其上的其它芯片。除了一层底层芯片和另一层顶层芯片,可以有很多分层:CM5EETC-电子工程专辑

2.jpgCM5EETC-电子工程专辑

下图是英特尔当时在架构日上演示使用Foveros工艺的第一个产品:CM5EETC-电子工程专辑

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这个设备定位是超便携应用,封装尺寸为12毫米×12毫米,远小于一枚美元硬币。具有I/O和其它片上系统组件的基层芯片使用1222工艺,该工艺是基础22纳米工艺的代号,非常久远,在完善后被应用于“Ivy Bridge”和“Haswell” 至强上;在其上方是使用10纳米工艺实现的计算复合体(1274工艺,前缀P表示使用Foveros堆叠),在这个例子中,它包含了来自“Sunny Cove” 酷睿的一个核心和来自“Tremont” 凌动的四个核心,以一种ARM已经应用多年的方式混搭;最顶层是一大块叠层封装内存。英特尔没有说明这种芯片复合体在负载条件下功耗多少,但确实表示它在待机状态消耗为2毫瓦,大约是能取得的最低值。CM5EETC-电子工程专辑

未来,英特尔在至强、凌动、以及各种CPU与GPU、FPGA、Nervana神经网络处理器等混搭芯片上都会用到Foveros技术。CM5EETC-电子工程专辑

纳米级的调色板

英特尔方面认为,芯片封装在电子供应链中看似不起眼,但却一直发挥关键作用。作为处理器和主板之间的物理接口,封装为芯片的电信号和电源提供了一个着陆区。随着电子行业正在迈向以数据为中心的时代,先进封装将比过去发挥更重大的作用。CM5EETC-电子工程专辑

而且,封装不仅仅是制造过程的最后一步,它正在成为产品创新的催化剂。先进的封装技术能够集成多种制程工艺的计算引擎,实现类似于单晶片的性能,但其平台范围远远超过单晶片集成的晶片尺寸限制。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。CM5EETC-电子工程专辑

让我们一起看看被誉为“芯片架构师创意调色板”的三项全新技术:CM5EETC-电子工程专辑

• Co-EMIB:英特尔的EMIB(嵌入式多芯片互连桥接)2D封装 和 Foveros 3D封装技术利用高密度的互连技术,实现高带宽、低功耗,并实现相当有竞争力的I/O密度。而英特尔的全新Co-EMIB技术能将更高的计算性能和能力连接起来。Co-EMIB能够让两个或多个Foveros元件互连,基本达到单晶片性能。设计师们还能够以非常高的带宽和非常低的功耗连接模拟器、内存和其他模块。CM5EETC-电子工程专辑

• ODI:英特尔的全新全方位互连技术(ODI)为封装中小芯片之间的全方位互连通信提供了更大的灵活性。顶部芯片可以像EMIB技术下一样与其他小芯片进行水平通信,同时还可以像Foveros技术下一样,通过硅通孔(TSV)与下面的底部裸片进行垂直通信。ODI利用大的垂直通孔直接从封装基板向顶部裸片供电,这种大通孔比传统的硅通孔大得多,其电阻更低,因而可提供更稳定的电力传输,同时通过堆叠实现更高带宽和更低时延。同时,这种方法减少了基底晶片中所需的硅通孔数量,为有源晶体管释放了更多的面积,并优化了裸片的尺寸。CM5EETC-电子工程专辑

• MDIO:基于其高级接口总线(AIB)物理层互连技术,英特尔发布了一项名为MDIO的全新裸片间接口技术。MDIO技术支持对小芯片IP模块库的模块化系统设计,能够提供更高能效,实现AIB技术两倍以上的响应速度和带宽密度。CM5EETC-电子工程专辑

4.pngCM5EETC-电子工程专辑

但先进封装只是英特尔六大技术支柱的一部分。英特尔希望今后不再仅依靠制程和架构来推动其计算业务,而是通过提供多样化的标量、矢量、矩阵和空间计算架构组合,以先进制程技术进行设计,由颠覆性内存层次结构提供支持,通过先进封装集成到系统中,使用光速互连进行超大规模部署,提供统一的软件开发接口以及安全功能,为“超异构计算”时代奠定基础。CM5EETC-电子工程专辑

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邵乐峰
ASPENCORE 中国区首席分析师。
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