把芯片当成乐高?英特尔新思维背后的技术进步

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事先于旧金山现在现在结速 的半导体技术大会SEMICON West上,英特尔发布了Co-EMIB、ODI、MDIO一种封装,互连及接口技术,用来出理 不同规格芯片(Die)在水平和垂直维度上的互连及电气大问题。而那此互连和电气大问题正是限制芯片自由堆叠的关键因素。

为何要将芯片进行堆叠?

要构建两个多 多标准的计算机,除了要有传统意义的CPU之外,主板上都要安装内存、芯片组、各类I/O芯片等等。一块不需要 实现标准计算机功能的电路板上除了上述的各类芯片之外还都要留出大量的空间来完成供电、滤波和互连布线工作。而且 ,随后 实现完整的计算机功能,PCB板还是都要有一定体积的。而你你这名体积通常也会随着计算机性能的提升和扩展性的增大而增大。

着实 你你这名清况 对于传统桌面PC、数据中心等应用场景来说无伤大雅,但对于什么都有 新兴的物联网、边缘计算场景来说,体积的限制着实 非常致命的。而在现实生活中,.我都都 更是老会 会受到那此大问题的困扰。

类式,.我都都 老会 抱怨的手机电池大问题在很大程度上什么都有 原应电路板不出来不多,而留给电池的空间太小;智能手环、手表的电池大问题也是同样的原应。而那此奇形怪状的智能设备都不 随后会被设计成那我,多半也是在想尽土办法为电路板和电池的安装腾出足够的空间。

在过去,出理 你你这名大问题的思路除了提升半导体制程技术之外什么都有 把更多功能装入同一块芯片里,形成所谓的SoC(System on a Chip)。但在践行你你这名思路的过程中,随着芯片功能的增加和体积的增大,芯片设计、测试和制造的难度正在成几何倍数增加。这在提高产品成本的同时也会严重拖慢新产品上市的波特率。为了出理 你你这名困扰行业良久的大问题,芯片的3D堆叠概念被提了出来。

芯片,不仅要“堆”,

乐高积木不仅是什么都有 小.我都都 的玩具,更是什么都有 大孩子的休闲爱好。它最大的魅力就在于通过小方块的横纵交错构建万事万物。就像上帝只用十几个 基本粒子就构建出充沛多彩的宇宙一样;在横纵交错的堆叠里,限制.我都都 的必须想象力而已。

2018年12月,英特尔首次对外展示了逻辑芯片(也什么都有 计算芯片)的3D堆叠封装方案——Foveros。通过在水平布置的芯片之上垂直安置更多面积更小、功能更简单的小芯片来让方案整体具备更完整的功能。

类式.我都都 还都要在CPU之上堆叠各类小型的IO控制芯片,从而制创造发明兼备计算与IO功能的产品;原应,.我都都 还都要干脆将芯片组(南桥)与各种Type-C、蓝牙、WiFi等控制芯片堆叠在同时,制创造发明超高整合度的控制芯片。

当然,除了功能性的提升之外,Foveros技术对于产业来说最迷人的地方在于他还都要将过去漫长的重新设计、测试、流片过程什么都有 省去,直接将不同厂牌、不同IP、不同工艺的各种性性成熟的句子是什么图片 图片 图片 是什么是什么 期图片 方案封装入同时,从而大幅降低成本并提升产品上市波特率。同时,你你这名整合程度的提升随后需要 进一步缩小整体方案的体积,为万事万物的智能化、物联网化打开全新的大门。

原应什么都有 将不同的芯片在垂直方向上叠在同时,不出故事就应该到此完结了。但英特尔从来都不 小富即安的人,英特尔随后 做的是让芯片在水平和垂直方向上都获得延展。而且 ,才有了.我都都 今天要讲的主角——Co-EMIB、ODI、MDIO。

芯片堆叠,互是关键

着实 ,与在PCB上布线类式,随后 在同一块基板上实现水平和垂直方向上的多芯片堆叠,除了芯片一种之外,最大的挑战来自于出理 芯片的供电以及.我都都 之间的数据互联大问题。

在2018年的HotChip大会上,英特尔发布了个人的芯片EMIB芯片封装技术,该技术允许在同一基板上将多颗芯片进行水平方向上的布置时不需要 获得比那我的MCP多芯片封装技术更高的芯片互连波特率。相对于什么都有有公司的2.5D封装,EMIB将那我都要额外加入的互连层进行了整合,让水平排布在同一块基板上的多个晶片不需要 在同两个多 多物理层中实现供电、互连。

而在本次的SEMICON West大会上,英特尔则发布了EMIB的升级版——Co-EMIB技术,在EMIB水平互联的基础之上实现了Foveros 3D堆叠芯片之间的水平互联(当然,仍旧是在同一块基板上的),从而让不同芯片堆叠之间都不需要 实现高效的数据交换。技术原理视频:https://v.qq.com/x/page/c0896qqnn45.html

而为了进一步提高水平与垂直堆叠的灵活性,英特尔还推出了两个多 多额外的物理互连层技术——ODI。他发生于基板与芯片之间;在你你这名层上,借助英特尔ODI技术还都要通过远远大于传统封装技术的密度来进行埋线和布置连接针脚。从而在保证芯片供电的清况 下实现更高的互联波特率。ODI技术分为一种,分别对应单芯片和多芯片的互连。技术原理视频:https://v.qq.com/x/page/z0896fleu3r.html

更进一步的,英特尔还发布了全新 MDIO技术。简单地说,MDIO是一种性能更好的芯片到芯片之间的接口(针脚)技术。相对于事先英特尔所使用的AIB(高级接口总线)技术,MDIO不需要 在更小的连接面积内实现更高的数据波特率。那我,即便是使用ODI技术中更细的针脚随后需要 满足芯片之间数据波特率的需求(原应针脚密度提升,什么都有 针脚势必会变得更细、更密集,三根针脚的电气性能也会而且 受到影响,什么都有 MDIO技术的关注点便是如保在布置更密集针脚的同时保证互联性能和电气性能)。

通过在连接土办法、连接层、连接引脚等影响芯片堆叠的细节上的全面技术革新,英特尔终于实现了在单一基板上以水平和垂直土办法封装更多芯片(Die)的愿景。

正如同乐高积木一样,在打通互联障碍事先,通过水平和垂直方向上的不同芯片堆叠,.我都都 终于还都要方寸之间实现更大的梦想。现在,限制.我都都 的或许真的必须想象力了。

英特尔未来

英特尔围绕自身在半导体技术和相关应用方面的能力构建了支撑自身“以数据为中心”战略的六大技术支柱。提出了以制程和封装、架构、内存和存储、互连、安全、软件这六大技术支柱来应对未来数据量的爆炸式增长、数据的简化以及出理 土办法的多样性。而封装技术毫无大问题也是这在这六大技术支柱中的重要一环。

在10nm工艺全面蓄势待发的当下,英特尔原应不需要 在封装技术方面突破水平与垂直方向的限制,不出在等待英特尔和.我都都 的将是两个多 多全新的世界。

出理 两个多 多小大问题不用说难,但出理 由无数小大问题组合而成的大问题却非常简化。你你这名道理在半导体行业同样适用。设计单一功能的芯片相对简单,但要在满足性能、功耗等需求的清况 下将各种功能集合在同时,不出这将是一项极其浩大的工程。

通过将现有的各种性性成熟的句子是什么图片 图片 图片 是什么是什么 期图片 方案进行简单的堆叠,.我都都 便不需要 制创造发明功能更完整的单封装芯片,用一套供电和IO设计完成整个系统,从而把方案设计的更小、更简单、更高效。而达成你你这名切所需的时间和成本也会更低。这便是英特尔3D封装技术的意义所在。这对于所有产业以及整个社会来说也两个多 多多巨大的原应。

而之于英特尔,堆叠你你这名全新的半导体设计生产土办法都不 望将行业实物的竞争推向全新的维度,两个多 多再次以英特尔技术为主力方向的维度。

当芯片成为乐高积木,两个多 多以计算为基础、以数据为中心的多元化计算未来便不再遥远。

后记:

在数据中心之外,计算设备的体积、功耗和功能是万物互联和智能时代的主要挑战之一;而在数据中心之内,不类式型数据的大量老会 出先却也让计算架构再次面临分裂的困境(代表大问题什么都有 Training和Inference领域中的异构计算的崛起);而你你这名分裂会对数据中心的管理和运维带来巨大挑战。而半导体晶片堆叠技术的老会 出先则让英特尔看到了从战略上看到原应。

通过将不同功能、不同IP的晶片封装入同时,数据中心在未来有望大幅度简化架构,将计算类型的分裂严格限制在芯片实物,从而在更大的层面上实现统一。这就完美出理 了计算架构分裂所带来的管理及运维挑战。

当然,从个人面来说,将计算与各类功能型晶片在物理上拉近距离都不 促使实现更高的整体性能,从而缓解数据量暴涨所带来的出理 压力,让现有计算机架构和数据中心底部形态不需要 在更长一段时间内满足实际需求。

着实 英特尔在SEMICON West上发布的技术目前还不出全面推广应用,但英特尔原应在Agilex FPGA上使用了EMIB技术,从而实现了更高的集成度和更好的整体性能(112Gb/s的数据吞吐量,目前行业无出其右)。而这也从侧面证明了你你这名技术在目前技术条件下的应用前景。

而且 ,还是套用那句老话:半导体晶片的3D堆叠是一盘很大的棋,更是一场都要持续投入的马拉松。

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