Intel (INTC.US) Düzen Heterojen Çok Yongalı Paketleme Teknolojisi Kişiselleştirilmiş MCP Tasarımının Hızlandırılmış Gelişimi
Moore Yasasına göre, temel teknik zorluklar ve finansal faktörler nedeniyle, monolitik entegre devrelerin yoğunluğundaki artış yavaşlamıştır. Bununla birlikte, mimari açıdan bakıldığında, nihai ürün gereksinimlerinin çeşitliliği hala artmaktadır. Veri merkezli uygulamaları optimize etmek için yeni heterojen işlem birimleri kullanılıyor. Bununla birlikte, geleneksel işlemci-bellek arabirimi gecikmesi bu uygulamaların gerektirdiği performans çıktısını engeller. Sanırım eski Semiwiki okuyucuları, 2.5D silikon birleştiricilere dayanan ve topolojiler yoluyla silikon yoluyla 3D'ye dayanan gelişmiş çok çipli ambalaj ürünlerindeki en son gelişmeleri duymuşlardır.
Ancak en azından benim için bu ürünlerin ne kadar çabuk kabul edileceği ve müşterilerin tasarım mimarisinin çoklu çip entegrasyon alanını nasıl radikal bir şekilde genişleteceği net değil. Son zamanlarda Intel (INTC.US) tarafından düzenlenen gelişmiş paketleme seminerine katılma fırsatım oldu Toplantıdan sonra, sektörün gelişmiş MCP tasarımı planları önemli ölçüde hızlanacağını düşünüyorum.
Seminerde, bu teknolojinin geliştirilmesinin en ikna edici işareti Intel Ambalaj / Test Teknolojisi Geliştirme (ATTD) başkan yardımcısı Ram Viswanath'ın "Benzersiz 3D ve 2.5D paketleme teknolojileri geliştirdik ve Müşterilerle paylaşmak için sabırsızlanıyoruz. Ürün mimarları artık MCP'leri eşi benzeri görülmemiş ölçekte ve işlevsel çeşitlilikle takip etme kabiliyetine sahip. "Bu beklenmedik bir açıklama ve hatta bazı üyeler Ram'dan onay istedi. Hiç şüphe yok ki, dünyanın en büyük yarı iletken IDM'si, müşterilerle şevkle MCP tasarım işbirliği arıyor.
Örneğin, aşağıdaki kavramsal şema, CPU, GPU, VR hızlandırıcı ve bellek mimarisinin, orijinal bağımsız bileşen paketleme yönteminin yalnızca altıda birini kaplayan bir alanda paketlenmesini gösterir.Orijinal paket boyutu, 100 mm x 100 mm'ye kadar çok büyük olabilir. (Intel Xeon serisinin Cascade Lake sunucu modülü, iki "tam ölçekli" işlemci yongası içeren 76 mm x 72,5 mm'lik bir MCP'dir.)
Muhafazakar okuyucular için bu, Intel'in bir süre önce dökümhane hizmetinin yeni başladığını duyurduğu duygudan tamamen farklı. İşte açık, kısa ve öz bir mesajla ortaya çıkan veri odaklı uygulamalar, çok yongalı paketleme entegrasyon teknolojisini (Intel CPU veya FPGA çevresinde) kullanacak, Intel ATTD iş birimi bu benzersiz müşteri tasarımlarını desteklemeye kendini adamış olacak.
Aşağıda, Intelin MCP geçmişinden bazılarını, 2.5D ve 3D paketleme teknolojisinin ayrıntılarını ve gelecekteki paketleme teknolojisi üzerine devam eden bazı araştırmaları tanıtacağız.
MCP Geçmişi
Seminerden sonra Ram V. ile takip ettim, Intel MCP teknolojisinin araştırılması ve geliştirilmesi konusunda zengin içgörülere sahip. "Intel'in çok çipli paketleme konusunda çok fazla deneyimi var. Örneğin, on yıldan uzun süredir geliştirilen benzersiz bir çip arası paket bağlantısı için gömülü silikon köprü teknolojisini piyasaya sürüyoruz. Bu teknoloji yapabilir. Çipler arasında geniş arayüz bağlantısı, düşük pJ / bit güç tüketimi, yongalar arasında düşük sinyal kaybı ve düşük maliyetli özellikler. "Aşağıdaki şekil, bitişik yongaların kenarındaki çarpma blokları arasındaki ara bağlantı izlerini göstermektedir - bir anahtar gösterge Evet (ortalama kalıp çevresinde sarılabilecek darbe yoğunluğu ve izin uzunluğu)
"Teknoloji geliştirmenin odak noktası, silikon köprüyü panel bazlı organik paketleme montaj sürecine yerleştirmektir. Köprü kablolamasının konumu ve açısı çok zordur." Ram devam etti.
Ram, gömülü bir köprü kullanan HBM belleğe sahip bir Stratix FPGA modülünün bir örneğini gösterdi. "Bu ürün yol haritası, Intel, satın almadan önce Altera FPGA'ları ürettiğinde birkaç SKU ile başladı. O zamandan beri, FPGA uygulamaları önemli ölçüde büyüdü - şimdi tüm Stratix ürün serisinde MCP ürünleri var." Yongalar arasında gömülü bir köprü kullanan, harici bir GPU'ya sahip yakın zamanda duyurulan Kaby Lake CPU modülünün bir örneği.
"Farklı dökümhanelerden gelen yongalar için bariz paketleme veya güvenilirlik sorunları var mı?" Diye sordum, "Bu teknoloji, tedarikçilerle ortak geliştirmenin bir sonucudur." Çeşitli MCP modüllerindeki farklı yongalara işaret etti. "Bu TSMC'den, bu GF'den ve bunlar SK Hynix'ten HBM bellek yığınları. Darbe metalurjik özelliklerini ve malzeme hacmini, BEOL dielektrik malzeme özelliklerini, talaş kalınlığını ve eğriliği formüle etmek için tüm tedarikçilerle yakın bir şekilde çalıştık. Eğrilik, tüm bu yongaların kalifiye olduğu kanıtlandı. "
EMIB
Gömülü Çoklu Kalıp Ara Bağlantı Köprüsü (EMIB), MCP'deki iki kalıbın bitişik kenarları arasında serbest ara bağlantı sağlamak için küçük bir silikon parçası kullanır. EMIB şu anda dört metalleştirme düzlemi-2 sinyali ve 2 güç / toprağı entegre ediyor (esas olarak koruma için kullanılır, ancak çipler arasında P / G dağılımı için de kullanılabilir).
Ayrıca Intelin Si ekibi, farklı sinyal uzunlukları ve zemin izleri için farklı ara bağlantı topolojilerinin sinyal kaybını analiz etti - aşağıdaki şekle bakın.
Intel araştırmacısı Ravi Mahajan, EMIB hakkında ek teknik bilgiler sağladı. EMIB düzleminin metal kalınlığının silikon plaka RDL katmanı ile paket izi arasında olduğuna ve ara bağlantı aralığı ile kayıp özellikleri arasında bir denge sağladığına dikkat çekti. "Şu anda 2um çizgi genişliğine ve 2um çizgi aralığına sahibiz ve 1um çizgi genişliği ve 1um çizgi aralığı için çalışıyoruz. EMIB'nin Si analizimiz, 8 mm'ye kadar olan bir uzunluğun hala yeterli göz deseni marjı sağlayabileceğini gösteriyor. Konseptten Yukarıda konuşursak, EMIB ~ 200 milimetre kareye ulaşabilir. "(Örneğin, bitişik talaş kenarları arasındaki mesafe 25 mm ve genişlik 8 mm'dir)
Şu anda köprünün tasarımı ve üretimi Intel ATTD tarafından yapılmaktadır - harici bir tasarım kitinin kendisi yoktur. Ram, "ATTD üzerindeki gömülü köprünün bitişik yongalarının I / O ped düzeninin geliştirilmesi ortak bir çabadır." Dedi. "VDD IO ve GND IO tasarımında, tüm paketten EMIB çevresindeki ve yonga üzerindeki tümsek dizisine gerilim iletimi de dikkate alınır. Intel ATTD ayrıca kompozit paket tasarımı üzerinde termal ve mekanik bütünlük analizi yaptı. Gelişen MPC pazarı nedeniyle Isı yayılımı seviyesi çok yüksek olabilir ve çip ile EMIB silikon ve organik substrat arasındaki termal genleşme katsayısı farklı olduğu için, çarpma temas yüzeyinin termal ve mekanik performans analizi çok önemlidir.
Açıktır, ancak pakette EMIB silikonunun varlığının, tüm düzeneğe yüzeye monte pasif bileşenlerin (örneğin, ayırma kapakları) eklenmesi geleneksel sürecini engellemediğini belirtmek gerekir. Seminerde, arka taraf paketlenmiş metal halka indüktörler ve SMT kapakları için destek vurgulandı - "22nm işlem düğümünden bu yana, Intel CPU paketleri entegre voltaj regülasyonuna ve voltaj alanı kontrolüne sahiptir. Paket üzerindeki indüktör ve kapasitör bileşenleri düzenlenir. Cihazın tasarımında kullanılan kova dönüştürücünün bir parçası. Dedi Ram. MCP'leri tasarlamak için Intel ile çalışan müşteriler de bu özellik için destek alabilirler.
EMIB tabanlı tasarımların özellikleri, silikon birleştiriciler kullanan 2.5D paketli ürünlerinkinden çok farklıdır. Bir yandan, dielektrik katman tüm düzeneği kapsadığından, Si dielektrik katman çipler arası bağlantılara daha fazla esneklik sağlar. (Daha yeni 2.5D ürünleri, maksimum 1X maske alanı boyutundan daha büyük bir dielektrik katman tasarımı sağlamak için maske maruziyetleri arasındaki bağlantı izlerini "dikme" işlemini sağlar.) Buna karşılık, EMIB yöntemi bitişik yonga kenarlarına odaklanır (geniş , Paralel bağlantı. Seminerde, geleneksel paketleme bileşenlerine birden fazla köprünün entegre edilmesinin ve son paketleme sürecinin, 100mmx100mm'lik dielektrik katman boyutunun 500mmx500mm organik substrat panelinde olmasını mümkün kıldığı belirtildi. Organik substratlı EMIB, önemli ölçüde maliyet optimizasyonu sağlar
3D "Foverolar"
Lakefield CPU ürün serisinin yardımıyla Intel, silikon yollarla 3B yonga yığını paketleme ürünlerini piyasaya sürdü. Aşağıdaki şekil 3B yonga yığınını göstermektedir.
Gelişmiş ambalaj araştırma ve geliştirmesinin odak noktası, TSV ve mikro çarpmaların perdesini azaltmaktır - mevcut perde 50um ve hedef 30-35um. Bu, termokompresyon bağlamadan benzersiz bir "hibrit bağlama" işlemine geçişi gerektirecektir - aşağıdaki resme bakın.
Termokompresyon bağlama, açıkta kalan ped metalurjisini iki kalıp yüzeyinde birleştirmek için basınç ve sıcaklık kullanır, hibrit bağlama ise kalıp yüzeyinde birkaç nanometrenin hassas kontrolüne sahip "girintili" pedler sağlamak için (biraz ezoterik) bir parlatma işlemiyle başlar. metal. Bağlama aşaması, kalıp yüzeyleri (hidrofilik, son derece düz) arasındaki van der Waals kuvvetlerini kullanır ve ardından ped bağlantıları oluşturmak için tavlama işlemi sırasında metali genişletir.
Bir diğer önemli 3B ambalaj araştırma ve geliştirme odağı, talaş kalınlığını sıkıştırmaktır - gelişmiş 3B paketlemenin amacı, son bileşenin kalınlığını en aza indirmektir. "İstiflenmiş yongaların incelmesi, montaj ve güvenilirlik sorunlarını şiddetlendiriyor." Ravi M. vurguladı. İlginç bir görsel örnek verdi: "Bir parça A4 kağıttan daha ince yongaların işleme ve eğilme gereksinimleri göz önüne alındığında." (Başlangıç 300 mm gofret kalınlığı: ~ 775um; A4 kağıt kalınlığı: ~ 50um)
Yakın gelecekte, büyük bir 2.5D topolojisinin parçası olarak birden fazla 3B yongayı birleştirme yeteneği sağlanacak ve Intel ATTD "co-EMIB" olarak adlandırılacaktır. Aşağıdaki şekil, 3B yığınlanmış yongaların ve yığınlar arasındaki gömülü köprülerin birleşik konseptini göstermektedir.
Chiplets, KGD'ler ve AIB MCP teknolojisinin hızlandırılmış benimsenmesi, SoC'lerdeki sert IP işlevlerine benzer bir şekilde çok çeşitli yonga seti tekliflerine dayanacaktır. Yukarıda belirtildiği gibi, Intel ATTD ekibi, yüksek montaj / test verimi ve güvenilirliği sağlamak için ana silikon kaynağının fiziksel malzeme sorunlarını çözmüştür. Bununla birlikte, yonga düzeyinde birlikte çalışabilirliği sağlamak için yonga I / O'ları arasındaki elektriksel ve işlevsel arabirimlerin tanımının sektör genelinde standartlaştırılması gerekir.
Intel, AIB spesifikasyonunu yayınladı ve yonga düzeyinde standartları desteklemek için DARPA "CHIPS" programının aktif bir katılımcısıdır. (DARPA bağlantısı, AIB bağlantısı kaydı gerekli) Biraz şaşırtıcı bir şekilde, IEEE bu standart faaliyete hiç şüphesiz çok yakında aktif olarak katılmıyor gibi görünüyor.
Seminerde Intel ATTD ekibi, yeni nesil yonga düzeyinde arabirim spesifikasyonunun (MDIO), veri hızını 2 Gb / sn'den 5,4 Gb / sn'ye (daha düşük bir voltaj dalgalanmasında gücü optimize etme) yükseltmek amacıyla dahili faaliyetlerden geçtiğini belirtti.
MCP ürün tasarımı devam edecek, ancak benimsemedeki büyüme, DARPA'dan Andreas Olofsson tarafından açıklandığı gibi, "küçük yongaların ara bağlantısı için Ethernet" gibi net bir standart gerektiriyor.
Çip tabanlı tasarımın seminerde kısaca tartışılan başka bir yönü daha var. MCP'nin son yanma sonrası test verimi, Bilinen İyi Kalıp (KGD) yongalarının test ve güvenilirlik özelliklerine bağlı olacaktır. ATTD ekibi, Intel'in üretim ATE ekipmanının geliştirilmesine uzun vadeli (dahili) yatırımlar yaptığını belirtti. Göze çarpan belirli bir özellik, son yaşlandırmadan sonra büyük verim kaybı olmadan paket montajına gönderilen KGD'yi önlemek için, erken arızaları hızlı bir şekilde tanımlamak / sınıflandırmak için gofret düzeyinde hızlandırılmış sıcaklık döngüsü testi gerçekleştirme becerisidir. Elbette, küçük yongalı "IP" tedarikçilerinin de düşük test maliyetleriyle yüksek güvenilirliğe sahip yongaların nasıl sağlanacağı sorununu çözmesi gerekir.
Vadeli işlemler
Son seminer sunumu, devam eden bazı gelişmiş ambalaj araştırma ve geliştirmelerini tanıtan Intel araştırmacısı Johanna Swan'dan geldi. En cazip fırsat, izleme bağlantılarını açık delik bağlantılarına dönüştürme sürecidir. Yukarıdaki şekilde tasvir edilen büyük aracılığıyla pedden ize boyut farkı yerine, "sıfır yanlış hizalanmış yol" ara bağlantı yoğunluğunu önemli ölçüde iyileştirecektir. Aşağıdaki şekil, mevcut paket izleme deliği topolojisini ve 2-4um iz genişliği olan yeni ZMV izleme bağlantısını göstermektedir.
Şu anda, epoksi reçine bazlı ambalaj panelleri ZMV'ye ulaşmak için lazerle delme kullanıyor ve yeni bir teknoloji üzerinde çalışılıyor. (Johanna, poliimid serisinin foto görüntülenebilir malzemelerin yeterince yüksek bir delik yoğunluğu sağlayabildiğini, ancak malzeme, işlem ve maliyet kısıtlamalarının, benzersiz bir epoksi reçine işlemi gerektiren epoksi reçine panellerinin kullanımını gerektirdiğini söyledi.) Teknoloji dönüşümü Üretim için, MCP ara bağlantısı (bağlantı + boşluk) iz yoğunluğu büyük ölçüde artacaktır - mikro çarpma aralığının iyileştirilmesiyle birleştirildiğinde, büyük MCP'lerde uygulanan sistem düzeyinde işlevler çok etkileyici olacaktır .
Özet
Seminerin üç temel noktası vardır:
Heterojen çok yongalı (yonga ve / veya yonga) paketleme, sistem mimarlarına güç / performans / alan + hacim / maliyet optimizasyonunu sürdürmek için büyük fırsatlar sağlayacaktır.
Kalıp arabirimindeki Intel EMIB ara bağlantı köprüsü, silikon birleştiricili 2.5D paketlere kıyasla benzersiz bir maliyet / boyut / karmaşıklık ödünleri seti sağlar.
Intel ATTD ekibi, veri odaklı pazarda benzersiz ürün çözümleri arayan müşteriler için gelişmiş 2.5D, 3D ve birleşik (ortak EMIB) teknik destek sağlamaya kararlıdır.
Açıkçası, mikroelektroniğin yakın tarihinde, ürün mimarı çalışması için şimdi en ilginç zaman olmalı.
Kaynak: Zhitong Finance
Daha fazla finansal bilgi için Tonghuashun Finance WeChat Resmi Hesabını (ths518) takip edin
