互联、键和数据流在先进的包装。
最好的方法来提高晶体管密度不一定塞入更多的人到一个死。
摩尔定律在其原始形式表示,设备密度大约每两年就增加一倍,成本保持不变。它依赖于观察加工硅片的成本保持不变,不管设备印刷的数量,进而依靠石印工维持或提高吞吐量的能力在晶片每小时每个晶片领域的数量增加。
数年来,这个前提已经不再是真实的。多个模式计划和EUV光刻技术推动了每片前缘过程技术的成本。流程步骤的数量增加,处理吞吐量是落后,最终的结果是,与28纳米晶片功能成本低于14纳米特性。
与此同时,手机的崛起,平板电脑,和大量的物联网设备是制造集成电路产品更加多样化。虽然比例仍为记忆和逻辑提供了明显的优势,越来越分数的最系统的设计是由传感器、收发器、各种信号处理器。这些组件消耗相对大量的硅,看不到从较小的流程节点相同的好处。传感器的最小尺寸是由感知的物理操作,例如。这些设备转移到更小的过程技术提供一些性能优势。它甚至可以降低产量,这取决于设备的区域和过程步骤的数量。
简而言之,这是3 d集成的观点。系统的每个组件可以组合使用过程中技术最适合其特定的功能。传感器可以使用简单的流程和更宽松的光刻,内存不需要process-compatible与逻辑,等等。全会众就可以组合成一个单一的包,最小化系统互连长度和足迹。
然而,任何偏离传统的soc范式立即提出了一个问题:partitioning-what组件属于彼此,应该单独处理?和你是什么意思“3 d集成”呢?在某些情况下,例如与光电组件,选择是很容易的。但通常,埃里克·BeyneImec的3 d项目负责人解释说,这是解不开的大讨论的系统设计和拓扑。通过系统数据和指令流如何?
包是分区
任何电路都是由电线连接的组件层次结构。租金的统治提醒我们,连接到一个给定的元素的数量是由它所包含的组件定义的。包装设计,然后,被定义为所需的数量和密度之间的联系包括组件。
连接密度最低的是在传统的单片机包,没有内部连接,连接到电路板通过导线债券或焊料的数组。密度最高,意识到目前为止主要在Leti等示范项目CoolCube是单片3 d,几个活跃的设备层堆积,形成一个统一的电路。与骰子谎言2.5 d包之间连着一个插入器层,和栈独立芯片相连在矽通过。
图1:3 d集成选项。来源:Imec
因为这个包装方法的多样性,很难谈论个人流程步骤的上下文中除了特定的包装设计。然而,所有包都有某种形式的组件之间的结合,都需要某种形式的热管理。
特别是焊接方法,取决于包的组件之间的关系。使用硅区域有效,连接需要的数量规模与组件的大小,因此,高带宽内存需要支持足够的连接服务内存数组中。因此不足为奇的记忆一直是第一个组件利用芯片堆叠。
Beyne解释说,旁边放置一个内存数组的逻辑核心支持提供了一个平均线长度,取决于两个设备之间的间距和撞在单个骰子。如果记忆是垂直堆放的逻辑组件,平均线长度是两者之间的垂直间距。在Imec测试车辆实验中,横向高带宽连接在一个插入器有7毫米线长度在两个组件之间,与3.5微米的肿块。2 Gbit / s信号速率,设备达到0.57(真沸点)的带宽/毫米每秒的总线宽度。相比之下,通过叠加一个内存数组的逻辑,一个相当放松4微米互连,同样2 Gbit / s信号导致的带宽125真沸点/平方毫米。
使用薄片焊接,而不是传统的芯片堆叠,允许进一步收紧互连音高和带宽的增加。功能分区的多核处理器可能会使内存缓存每个核心正上方。电力和地面线背面的核心逻辑可能会连接到设备的外部连接。移动电源分布网络背后会简化逻辑信号连接在正面,立即本身性能的提升。最后,完成计算模块可以被附加到一个插入器以及通信组件,一个先进的compute-in-memory加速器,或其他元素。
在这样一个异构包的连接密度也决定了哪些元素制造设施。在矽通过和薄片的过程和洁净室功能键通常需要传统的工厂。倒装芯片和键连接到一个简单的插入器内的大部分OSATs。之间,信号分配层变得更加复杂,包含电容器等无源元件,特征尺寸开始接近上互连层的工厂,根据托马斯•Uhrmann EV集团业务发展总监。过程和洁净室要求落入一个中间领域,不像晶体管过程要求但比传统包装清洁。
键后,下一个重要挑战一切形式的3 d集成是冷却。Dingyou张,技术人员的质量和可靠性在GlobalFoundries,观察到的电气距离和热接近齐头并进。散热问题是一个主要障碍,接受这些集成方案。在一些设计、微流体通道的插入器可能允许对流冷却。更紧密地集成组件,如堆放处理器上面所讨论的,可能需要直接喷雾强制空气或液体冷却剂。包装设计师必须意识到潜在的电路热点为了设计适当的冷却系统。
然后呢?
当然,设计方案仅仅是开始。组装它可能需要几个临时粘结和脱胶步骤,将扣带回骰子临时航空公司然后再分配层。测试需要仔细考虑的成本每一步接触,以及理解的函数可以测试未装配的状态,而只能作为集成系统的一部分进行测试。以后的文章将更详细地看一下这些步骤。
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好文章!我有几个问题要澄清我的理解。对不起如果我出汗的细节。
”在传统的单片机包,没有内部连接…”——“内部关系”包括BEOL金属互联吗?什么是“内部关系”?
”模块可以连接到…一个先进compute-in-memory加速器,…”——这是研究水平的概念吗?我不知道有任何compute-in-memory产品集成到设备…
“需求落入一个中间领域,不像晶体管过程要求但比传统包装清洁。”——它真的粒子计数变量或晶片平坦,分辨率,等等…这是区分BEOL OSAT规格?
“更紧密地集成组件…可能需要强制空气或液体的直接喷雾冷却剂。“这是一个研究水平的概念吗?我没有听说过任何冷却解决方案集成了包…
非常感谢! ! !
感谢您的阅读!
我所说的“内部”连接,连接多条硅在相同的包中。硅晶片内的连接不考虑。垂直堆叠芯片之间的联系——如堆内存模块。
是的,compute-in-memory加速器是一个研究水平概念在这一点上,但一个非常“心灵面前”这篇文章的人咨询。看到这篇文章对于一些背景:https://新利体育下载注册www.es-frst.com/challenges-emerge-for-in-memory-computing/
分辨率和粒子需求密不可分:你不能允许粒子比你想打印的特性。如上所述,分配层方法的分辨率要求当前BEOL层,但不那么要求晶体管的过程。
是的,综合冷却是一个研究的概念。