Ειδήσεις

Η βιομηχανία ημιαγωγών επιταχύνει τις προσπάθειές της στην προηγμένη συσκευασία, μια προσέγγιση που γίνεται πιό διαδεδομένη με τα σχέδια νέων και σύνθετων τσιπ.

Τα χυτήρια, OSATs και άλλα ξεδιπλώνουν το επόμενο κύμα των προηγμένων τεχνολογιών συσκευασίας, όπως 2.5D/3D, τα chiplets και fan-out, και αναπτύσσουν τις πιό εξωτικές τεχνολογίες συσκευασίας που υπόσχονται να βελτιώσουν την απόδοση, να μειώσουν τη δύναμη, και να βελτιώσουν το χρόνο στην αγορά. Κάθε τύπος συσκευασίας είναι διαφορετικός, με τις διάφορες ανταλλαγές. Όπως πριν, η ιδέα πίσω από την προηγμένη συσκευασία είναι να συγκεντρωθούν οι σύνθετοι κύβοι σε μια συσκευασία, που δημιουργεί ένα σύστημα-ισόπεδο σχέδιο. Αλλά η προηγμένη συσκευασία αντιμετωπίζει μερικές τεχνικές και προκλήσεις δαπανών.

Η προηγμένη συσκευασία δεν είναι νέα. Για χρόνια, η βιομηχανία έχει συγκεντρώσει τους κύβους σε μια συσκευασία. Αλλά οι προηγμένες συσκευασίες χαρακτηριστικά έχουν χρησιμοποιηθεί για τις εφαρμογές υψηλός-τελών λόγω του κόστους.

Σήμερα, εν τούτοις, η προηγμένη συσκευασία γίνεται μια πιό βιώσιμη επιλογή να αναπτυχθεί ένα σχέδιο σύνθετων τσιπ για διάφορους λόγους. Χαρακτηριστικά, για να προωθήσει ένα σχέδιο, η βιομηχανία αναπτύσσει ένα σύστημα--α-τσιπ (SOC) χρησιμοποιώντας το ξελέπιασμα τσιπ για να εγκαταστήσει τις διαφορετικές λειτουργίες επάνω σε έναν ενιαίο μονολιθικό κύβο. Αλλά το ξελέπιασμα γίνεται δυσκολότερο και ακριβό σε κάθε κόμβο, και όχι όλα ωφελούνται από το ξελέπιασμα.

Σχετικό παράδειγμα: Η Intel, ένας μακροπρόθεσμος υπερασπιστής του ξελεπιάσματος τσιπ, αντιμετώπισε διάφορες καθυστερήσεις με τη διαδικασία 10nm της λόγω των διάφορων δυσλειτουργιών κατασκευής. Η Intel τώρα επάνω τα σχέδια 10nm της, αλλά καθυστέρησε πρόσφατα 7nm ανάμεσα στα ζητήματα παραγωγής. Ενώ οι όρκοι επιχείρησης αυτό θα καθορίσουν το πρόβλημα και θα συνεχιστούν με το ξελέπιασμα τσιπ του, επίσης προστατεύει τα στοιχήματά της με να επιταχύνει τις προσπάθειες συσκευασίας της.

Η Samsung και TSMC, τα δύο άλλα περιθωριακά chipmakers, κινούνται μπροστά με το ξελέπιασμα τσιπ σε 5nm και πέρα. Αλλά η Samsung και TSMC, καθώς επίσης και άλλα χυτήρια, επίσης επεκτείνουν τις προσπάθειες συσκευασίας τους. Και το OSATs, που παρέχει τις συσκευάζοντας υπηρεσίες τρίτων, συνεχίζει να αναπτύσσει τις νέες προηγμένες συσκευασίες.

Η προηγμένη συσκευασία δεν θα λύσει κάθε πρόβλημα στο σχέδιο τσιπ. Το ξελέπιασμα τσιπ παραμένει ακόμα μια επιλογή. Αυτό που αλλάζει, εν τούτοις, είναι νέες τεχνολογίες συσκευασίας είναι ανταγωνιστικότερο.

«Η συσκευασία είναι πραγματικά η επόμενη φάση για να ολοκληρώσει αυτό που απαιτείται όταν η προτίμηση για να συρρικνωθεί τον κόμβο δεν είναι πλέον η σαφής επιλογή,» η εν λόγω Kim ναι, εκτελεστικός διευθυντής των υλικών WLP στην επιστήμη ζυθοποιών. Οι «δημιουργικές αρχιτεκτονικές μπορούν να επιτρέψουν ώριμη υψηλή κατασκευάζω των ενεργών και ενεργητικών συσκευών για να συσκευαστούν κατά τέτοιο τρόπο ώστε η έκβαση απόδοσης είναι πιό γερή και έχει μια χαμηλότερη κόστος--ιδιοκτησία.»

Κανένας τύπος συσκευασίας δεν μπορεί να ικανοποιήσει όλες τις ανάγκες. «Η επιλογή εξαρτάται από την εφαρμογή, η οποία υπαγορεύει αυτά που η αρχιτεκτονική συσκευασίας πρόκειται να μοιάσει με. Είναι όλο για αυτό που θέλετε την απόδοση για να είστε και το τύπο που χρειάζεστε για τη συσκευή τελών,» ναι εν λόγω.

Έτσι, οι προμηθευτές αναπτύσσουν διάφορους τύπους. Εδώ είναι μερικές από τις πιό πρόσφατες τεχνολογίες:

ASE και TSMC αναπτύσσουν fan-out με τις γέφυρες πυριτίου. Fan-out χρησιμοποιείται για να ενσωματώσει τους κύβους σε μια συσκευασία, και οι γέφυρες παρέχουν τις συνδέσεις από έναν κύβο σε άλλος.
TSMC αναπτύσσει τις γέφυρες πυριτίου για 2.5D, ένας κύβος υψηλών σημείων που συσσωρεύει την τεχνολογία.
Διάφορες επιχειρήσεις αναπτύσσουν τα chiplets, ένας τρόπος να ενσωματωθούν οι κύβοι και να συνδεθούν σε μια συσκευασία. Η Intel και άλλες αναπτύσσουν το νέο κύβος--κύβο διασυνδέουν specs για τα chiplets.
Το οπτικό φόρουμ σύνδεσης μέσω δικτύων (OIF) αναπτύσσει το νέο κύβος--κύβο specs για τα chiplets, επιτρέποντας τα νέα σχέδια επικοινωνιών.

Γιατί συσκευάζοντας;
Για δεκαετίες, τα chipmakers εισήγαγαν μια νέα τεχνολογική διαδικασία με περισσότερη πυκνότητα κρυσταλλολυχνιών κάθε 18 έως 24 μήνες. Σε αυτόν τον ρυθμό, οι προμηθευτές εισήγαγαν τα νέα τσιπ βασισμένα σε εκείνη την διαδικασία, επιτρέποντας τις συσκευές με περισσότερη πυκνότητα κρυσταλλολυχνιών και τα νέα ηλεκτρονικά προϊόντα με τη μεγαλύτερη αξία.

Αλλά γίνεται δυσκολότερο να διατηρήσει αυτόν τον τύπο στους προηγμένους κόμβους. Τα τσιπ έχουν γίνει πιό σύνθετα με τα μικρότερα χαρακτηριστικά γνωρίσματα, και το κόστος σχεδίου και παραγωγής ολοκληρωμένου κυκλώματος έχει ανεβάσει στα ύψη. Συγχρόνως, ο ρυθμός για έναν πλήρως ξελεπιασμένο κόμβο έχει επεκταθεί από 18 μήνες σε 2,5 έτη ή περισσότερο.

«Εάν συγκρίνετε 45nm με 5nm, το οποίο συμβαίνει σήμερα, βλέπουμε μια αύξηση 5X στο κόστος γκοφρετών. Αυτός οφείλεται στον αριθμό βημάτων επεξεργασίας που απαιτούνται για να κάνουν ότι συσκευή,» εν λόγω γενικός διευθυντής του Ben Rathsack, αντιπροέδρου και αναπληρωτών στο τηλ. Αμερική.

Λόγω των πετώντας στα ύψη δαπανών σχεδίου, λιγότεροι προμηθευτές μπορούν να αντέξουν οικονομικά να αναπτύξουν τις περιθωριακές συσκευές. Πολλά τσιπ δεν απαιτούν τους προηγμένους κόμβους.

Αλλά πολλά σχέδια απαιτούν ακόμα τις προηγμένες διαδικασίες. «Εάν έχετε ακολουθήσει το νόμο Moore, θα σκεφτόσαστε ότι το ξελέπιασμα ή η καινοτομία σταματά. Ειλικρινά, αυτός δεν ισχύει. Το ποσό συσκευών και πώς διαδίδουν αυξάνεται σε ένα ισχυρό ποσοστό,» Rathsack εν λόγω.

Το ξελέπιασμα παραμένει μια επιλογή για τα νέα σχέδια, αν και πολλοί ψάχνουν για τις εναλλακτικές λύσεις όπως την προηγμένη συσκευασία. «Η ορμή οδηγεί περισσότερους πελάτες σε περισσότερες εφαρμογές για να ερευνηθούν οι εναλλακτικές λύσεις από μεγάλες, λύσεις ενιαίος-κύβων στο ακριβό πυρίτιο bleeding-ακρών,» ο εν λόγω Walter NG, αντιπρόεδρος της ανάπτυξης επιχείρησης σε UMC. «Πάντα θα κινούμαστε σε μια κατεύθυνση της ανάγκης της πιό σύνθετης λειτουργίας. Αυτός σημαίνει χαρακτηριστικά τα μεγαλύτερα τσιπ. Έχουμε διαχειριστεί πάντα αυτόν με τη δυνατότητα να μεταναστεύσουμε στον επόμενο κόμβο τεχνολογίας, ο οποίος έχει έρθει με τις ίδιες προκλήσεις του κόστους και της δύναμης. Είμαστε στο σημείο τώρα όπου εκείνη η δυνατότητα αρχίζει να είναι πια εφικτή και οι εναλλακτικές λύσεις γίνονται α πρέπει. Οι προηγμένες λύσεις συσκευασίας, που συνδέονται με τις καινοτόμες προσεγγίσεις διασύνδεσης, παρέχουν μερικές από εκείνες τις ελκυστικές εναλλακτικές λύσεις. Αλλά πρέπει να λάβουμε υπόψη ότι τα οικονομικά τσιπ σχετικά θα καθορίσουν την τελευταία εφαρμογή.»

Για δεκαετίες, η συσκευασία ήταν μια ύστερη σκέψη. Τοποθέτησε απλά έναν κύβο σε κάψα. Και στη ροή κατασκευής, η διαδικασία chipmakers πελεκά σε μια γκοφρέτα στο υπέροχο. Κατόπιν, τα τσιπ είναι χωρισμένα σε τετράγωνα και συγκεντρωμένα στις απλές συμβατικές συσκευασίες.

Οι συμβατικές συσκευασίες είναι ώριμες και ανέξοδες, αλλά είναι περιορισμένες στην ηλεκτρική απόδοση και διασυνδέουν την πυκνότητα. Αυτός είναι όπου η προηγμένη συσκευασία ταιριάζει. Επιτρέπει την υψηλότερη απόδοση με περισσότερο I/Os στα συστήματα.

2.5D εναντίον fan-out
Διάφοροι προηγμένοι τύποι συσκευσίας είναι στην αγορά, όπως 2.5D/3D και fan-out. Και οι δύο τύποι κινούνται προς τις περισσότερα λειτουργίες και I/Os, ενισχυτικός τους μεγαλύτερους και πιό σύνθετους κύβους.

Fan-out είναι μια γκοφρέτα-ισόπεδη τεχνολογία συσκευασίας, όπου οι κύβοι συσκευάζονται σε μια γκοφρέτα. Στο συσκευάζοντας τοπίο, fan-out ταιριάζει στη μεσαία ακτίνα στο διάστημα υψηλών σημείων. Το Amkor, ASE, JCET και TSMC πωλούν fan-out τις συσκευασίες.

Σε ένα παράδειγμα fan-out, ένας κύβος DRAM συσσωρεύεται σε ένα τσιπ λογικής σε μια συσκευασία. Αυτό φέρνει τη μνήμη πιό κοντά στη λογική, επιτρέποντας περισσότερο εύρος ζώνης.

Fan-out οι συσκευασίες αποτελούνται από τους κύβους και τα στρώματα ανακατανομής (RDLs). Το RDLs είναι το μέταλλο χαλκού διασυνδέει που συνδέει ηλεκτρικά ένα μέρος της συσκευασίας με άλλο. Το RDLs μετριέται από τη γραμμή και το διάστημα, οι οποίες αναφέρονται στο πλάτος και την πίσσα ενός ίχνους μετάλλων.

Fan-out είναι χωρισμένο σε δύο τμήματα — πρότυπα και υψηλή πυκνότητα. Στοχοθετημένο για τον καταναλωτή και τις κινητές εφαρμογές, fan-out τυποποιημένος-πυκνότητας ορίζεται ως μια συσκευασία με λιγότερους από 500 I/Os και RDLs μεγαλύτερα από τη γραμμή και το διάστημα 8μm. Συνδεμένο για το υψηλό σημείο apps, fan-out υψηλής πυκνότητας έχει περισσότερα από 500 I/Os με τη γραμμή και το διάστημα RDLs λιγότερο από 8μm.

Στο υψηλό σημείο, οι προμηθευτές αναπτύσσουν fan-out με RDLs στη γραμμή/το διάστημα 2μm και πέρα. «Για να συμβαδίσουν με το σημερινό εύρος ζώνης και τις I/O απαιτήσεις, linewidths RDL και την πίσσα οι απαιτήσεις συρρικνώνονται όλο και περισσότερο, και υποβάλλονται σε επεξεργασία ομοίως στις συνδέσεις BEOL χρησιμοποιώντας την επεξεργασία χαλκού damascene για να επιτρέψουν μικρότερα linewidths,» εν λόγω αμμώδες Wen, ένας μηχανικός ολοκλήρωσης διαδικασίας σε Coventor, Lam Research Company, σε ένα blog.

Για να κάνουν fan-out τις συσκευασίες, οι κύβοι τοποθετούνται σε μια γκοφρέτα-όπως δομή χρησιμοποιώντας μια εποξική ένωση φορμών. Το RDLs διαμορφώνεται. Οι μεμονωμένοι κύβοι κόβονται, διαμορφώνοντας μια συσκευασία.

Fan-out έχει μερικές προκλήσεις. Όταν οι κύβοι τοποθετούνται στην ένωση, μπορούν να κινηθούν κατά τη διάρκεια της διαδικασίας. Αυτή η επίδραση, αποκαλούμενη μετατόπιση κύβων, μπορεί να προσκρούσει στην παραγωγή.

Κάποτε, fan-out περιορίστηκε στη I/O αρίθμηση. Τώρα, fan-out υψηλής πυκνότητας κινείται προς τις υψηλότερες I/O αριθμήσεις και εισβάλλει στο έδαφος υψηλών σημείων που κατέχει 2.5D.

2.5D είναι ένας κύβος υψηλών σημείων συσσωρεύοντας την τεχνολογία συσκευασίας. Fan-out δεν θα μετατοπίσει 2.5D. Αλλά fan-out είναι λιγότερο ακριβό, επειδή δεν απαιτεί ένα interposer όπως 2.5D.

Εν τούτοις, fan-out υψηλής πυκνότητας υποστηρίζει περισσότεροι και τα μεγαλύτερα τσιπ, οι οποίοι απαιτούν τις μεγαλύτερες συσκευασίες. Χαρακτηριστικά, η συσκευάζοντας κοινότητα χρησιμοποιεί τον όρο «σταυρόνημα» εδώ. Χρησιμοποιημένο στην παραγωγή τσιπ, ένα σταυρόνημα ή μια μάσκα είναι ένα κύριο πρότυπο ενός σχεδίου ολοκληρωμένου κυκλώματος. Ένα σταυρόνημα μπορεί να προσαρμόσει τα μεγέθη κύβων μέχρι κατά προσέγγιση 858mm ². Εάν ο κύβος είναι μεγαλύτερος, ένα chipmaker θα επεξεργαστεί ένα τσιπ σε περισσότερα από ένα σταυρονήματα.

Παραδείγματος χάριν, ένα μεγάλο τσιπ μπορεί να απαιτήσει δύο σταυρονήματα (μέγεθος σταυρονημάτων 2X). Κατόπιν, στη ροή παραγωγής, τα δύο σταυρονήματα αναπτύσσονται χωριστά και ράβονται μαζί, η οποία είναι μια ακριβή διαδικασία.

TSMC, εν τω μεταξύ, στέλνει fan-out τις συσκευασίες με ένα μέγεθος σταυρονημάτων 1.5X. «Στοχεύουμε για να φέρουμε ένα μέγεθος σταυρονημάτων 1.7X στην παραγωγή σε Q4 φέτος,» εν λόγω Ντάγκλας Yu, ο αντιπρόεδρος ενσωματωμένος διασυνδέει & συσκευάζοντας σε TSMC. «Ένα σταυρόνημα 2.5X θα είναι κατάλληλο από Q1 “21.»

Οι μεγαλύτερες fan-out συσκευασίες δίνουν στους πελάτες μερικές νέες επιλογές. Πέστε εσείς θέλει μια συσκευασία με την υψηλή μνήμη εύρους ζώνης (HBM). Σε HBM, οι κύβοι DRAM συσσωρεύονται ο ένας πάνω από τον άλλον, επιτρέποντας περισσότερο εύρος ζώνης στα συστήματα.

HBM βρίσκεται κυρίως στο υψηλό σημείο και τις ακριβές συσκευασίες 2.5D. Τώρα, με τα μεγαλύτερα μεγέθη συσκευασίας, ASE και TSMC αναπτύσσουν τις λιγότερο-ακριβές fan-out συσκευασίες που υποστηρίζουν HBM.

Υπάρχουν άλλες νέες επιλογές. ASE και TSMC αναπτύσσουν fan-out με τις γέφυρες πυριτίου. Η Intel ήταν η πρώτη επιχείρηση για να αναπτύξει τις γέφυρες πυριτίου. Βρήκε στις συσκευασίες υψηλών σημείων, μια γέφυρα είναι ένα μικροσκοπικό κομμάτι του πυριτίου που συνδέει έναν κύβο με άλλο σε μια συσκευασία. Οι γέφυρες τοποθετούνται ως φτηνότερη εναλλακτική λύση από τα interposers 2.5D.

Οι γέφυρες υπόσχονται να φέρουν τη νέα λειτουργία fan-out. Παραδείγματος χάριν, παραδοσιακό fan-out TSMC χαρακτηρίζει μια πίσσα 40μm με 3 στρώματα RDL στη γραμμή/το διάστημα 2μm2μm. «(Γέφυρα πυριτίου TSMC) η τεχνολογία μπορεί να μειώσει την τοπική πίσσα σε 25μm για να σώσει την περιοχή τσιπ. Μια γραμμή και το διάστημα RDL κατά 0.4μm και 0.4μm παρέχουν ότι πολύ ένας υψηλότερος διασυνδέει την πυκνότητα,» Yu εν λόγω.

2.5D, εν τω μεταξύ, δεν πηγαίνει μακριά. Μερικοί αναπτύσσουν τις τεράστιες αρχιτεκτονικές συσκευών με περισσότερο I/Os. Για τώρα, 2.5D είναι η μόνη επιλογή εδώ.

Σε 2.5D, οι κύβοι συσσωρεύονται πάνω από ένα interposer, το οποίο ενσωματώνει τα vias μέσω-πυριτίου (TSVs). Το interposer ενεργεί ως γέφυρα μεταξύ των τσιπ και ενός πίνακα, ο οποίος παρέχει περισσότερα I/Os και εύρος ζώνης.

Σε ένα παράδειγμα, ένας προμηθευτής θα μπορούσε να ενσωματώσει ένα FPGA με τέσσερις κύβους HBM. Σε έναν κύβο μόνο, οι πιό πρόσφατοι σωροί οκτώ 10nm-κατηγορία 16 gigabit DRAM τεχνολογίας HBM2E της Samsung πεθαίνουν ο ένας στον άλλο. Οι κύβοι συνδέονται χρησιμοποιώντας 40.000 TSVs, επιτρέποντας τις ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων 3.2Gbps.

Όπως fan-out, 2.5D επεκτείνεται επίσης. Παραδείγματος χάριν, TSMC αναπτύσσει μια γέφυρα πυριτίου για 2.5D, το οποίο δίνει στους πελάτες περισσότερες επιλογές. TSMC είναι προετοιμασία μια έκδοση σταυρονημάτων 1.5X (4 HBMs) με ένα μέγεθος σταυρονημάτων 3.0X (8 HBMs) στην Ε&Α.

Όλη που λέεται χάσμα, 2.5D παραμένει η επιλογή για το υψηλό σημείο, αλλά fan-out κλείνει το. Τόσο πώς fan-out συσσωρεύει επάνω ενάντια σε 2.5D; Σε ένα έγγραφο, ASE — όποιος καλεί fan-out του την τεχνολογία FOCoS — σύγκρινε δύο fan-out του τύπους συσκευασίας (τσιπ-πρώτα και τσιπ-διαρκέστε) εναντίον 2.5D. Κάθε συσκευασία αποτελείται από ένα ASIC και ένα HBM. Ο στόχος ήταν να συγκριθεί το warpage, η διηλεκτρική πίεση χαμηλός-Κ, η πίεση interposer/RDL, η κοινή αξιοπιστία και η θερμική απόδοση.

«Το warpage των δύο τύπων συσκευασίας FOCoS είναι χαμηλότερο από 2.5D λόγω ενός μικρότερου κακού συνδυασμού CTE μεταξύ του κύβου combo και stack-up του υποστρώματος,» η εν λόγω Wei-Hong Lai ASE στο έγγραφο. «Η πίεση (χαμηλός-Κ) FOCoS και για τσιπ-πρώτα και τσιπ-διαρκεί είναι χαμηλότερη από 2.5D.»

Ο χαλκός διασύνδεσης για 2.5D είχε τη χαμηλότερη πίεση από fan-out. «2.5D, τσιπ-πρώτο FOCoS και τσιπ-τελευταίο FOCoS έχουν την παρόμοια θερμική απόδοση, και όλα τους είναι αρκετά καλά για τις υψηλής ισχύος εφαρμογές,» Lai εν λόγω.

Περισσότερα επιλογή-chiplets, γουλιές
Εκτός από 2.5D και fan-out, οι πελάτες θα μπορούσαν επίσης να αναπτύξουν μια προηγμένη συνήθεια συσκευασία. Οι επιλογές περιλαμβάνουν τα τρισδιάστατος-ολοκληρωμένα κυκλώματα, τα chiplets, τις ενότητες πολυ-τσιπ (MCMs) και την σύστημα--συσκευασία (γουλιά). Τεχνικά, αυτοί δεν είναι τύποι συσκευασίας. Είναι αρχιτεκτονικές ή μεθοδολογίες που χρησιμοποιούνται για να αναπτύξουν μια συσκευασία συνήθειας.

Μια γουλιά είναι μια συσκευασία ή μια ενότητα συνήθειας, που αποτελούνται από ένα λειτουργικό ηλεκτρονικό σύστημα ή ένα υποσύστημα, σύμφωνα με ASE. Μια γουλιά περιλαμβάνει μια κατάταξη των τεχνολογιών σε μια εργαλειοθήκη, που μπορεί να περιλάβει τις διαφορετικές συσκευές, passives, και να διασυνδέσει τα σχέδια, μεταξύ άλλων. Επιλέγοντας από αυτές τις επιλογές, ένας πελάτης μπορεί να αναπτύξει μια συσκευασία γουλιών συνήθειας για να ταιριάξει με τις απαιτήσεις του.

Το Chiplets είναι μια άλλη επιλογή. Με τα chiplets, ένα chipmaker μπορεί να έχει επιλογές των μορφωματικών κύβων, ή τα chiplets, σε μια βιβλιοθήκη. Το Chiplets θα μπορούσε να έχει τις διαφορετικές λειτουργίες στους διάφορους κόμβους. Οι πελάτες μπορούν μίγμα-και-αντιστοιχία τα chiplets και να τους συνδέσουν χρησιμοποιώντας έναν κύβος--κύβο διασυνδέουν το σχέδιο.

Ενδεχομένως, τα chiplets θα μπορούσαν να λύσουν ένα σοβαρό πρόβλημα. Στους προηγμένους κόμβους, ένας μονολιθικός κύβος είναι μεγάλος και ακριβός. Με τα chiplets, οι πελάτες μπορούν να χωρίσουν το μεγαλύτερο κύβο στα μικρότερα κομμάτια, με αυτόν τον τρόπο μειώνοντας το κόστος και ωθώντας τις παραγωγές. «Επιθυμούμε να πούμε ότι ένα chiplet αποσυνθέτει έναν μονολιθικό κύβο στα μέρη και κατασκευάζει έπειτα τα μέρη, αλλά λειτουργούν ακόμα ως ενιαίος κύβος,» του εν λόγω Vardaman Ιαν., Πρόεδρος TechSearch διεθνής.

Υπάρχουν άλλα οφέλη. «Τελικά, οι τεχνολογίες συσκευασίας είναι για την αυξανόμενη πυκνότητα και τη μειωμένος δύναμη, που επιτρέπουν στα chiplets για να συνδεθούν σε μια συσκευασία με τη λειτουργία που ταιριάζει με ή υπερβαίνει τη λειτουργία μονολιθικού SOC. Τα οφέλη σε αυτήν την προσέγγιση περιλαμβάνουν το χαμηλότερο κόστος, τη μεγαλύτερη ευελιξία και έναν γρηγορότερο χρόνο στην αγορά,» εν λόγω Ramune Nagisetty, διευθυντής της διαδικασίας και της ολοκλήρωσης προϊόντων στη Intel, σε μια πρόσφατη παρουσίαση.

Χρησιμοποιώντας την προσέγγιση chiplet, οι προμηθευτές θα μπορούσαν να αναπτύξουν τα τρισδιάστατος-ολοκληρωμένα κυκλώματα ή MCMs. Το MCMs ενσωματώνει τους κύβους και τους συνδέει σε μια ενότητα. Ένα τρισδιάστατος-ολοκληρωμένο κύκλωμα θα μπορούσε να έρθει με διάφορες μορφές. Να περιλάβει τη συσσώρευση της λογικής στη μνήμη ή της λογικής στη λογική σε μια συσκευασία.

Η Intel έχει αναπτύξει τις διάφορες chiplet-όπως αρχιτεκτονικές. Η επιχείρηση έχει τα κομμάτια για να αναπτύξει στο εσωτερικό αυτές τις αρχιτεκτονικές, συμπεριλαμβανομένων των φραγμών IP της, οι γέφυρες πυριτίου και ένας κύβος--κύβος διασυνδέουν την τεχνολογία.

Σχ. 1: 2.5D και τρισδιάστατες τεχνολογίες που χρησιμοποιούν τις τεχνολογίες γεφυρών και Foveros της Intel. Πηγή: Intel

Ο κύβος--κύβος διασυνδέει είναι κρίσιμος. Ενώνει έναν κύβο σε άλλος σε μια συσκευασία. Κάθε κύβος αποτελείται από έναν φραγμό IP με μια φυσική διεπαφή. Ένας κύβος με μια κοινή διεπαφή μπορεί να επικοινωνήσει με έναν άλλο κύβο μέσω ενός καλωδίου κοντός-προσιτότητας.

Η βιομηχανία αναπτύσσει αρκετούς τεχνολογία-προηγμένο λεωφορείο διεπαφών κύβος--κύβων διεπαφή (AIB), δέσμη των καλωδίων (τόξο), cei-112g-XSR και OpenHBI.

Η ανοικτή εξαρτώμενη από το πεδίο ομάδα αρχιτεκτονικής (ODSA) αναπτύσσει δύο από αυτούς διεπαφή-τόξο και OpenHBI. Το OpenHBI είναι ένας κύβος--κύβος διασυνδέει την τεχνολογία που προέρχεται από τα πρότυπα HBM. Το τόξο υποστηρίζει τις διάφορες συσκευασίες. Και οι δύο είναι στην Ε&Α.

Η τεχνολογία κύβος--κύβων της Intel καλείται AIB. Η Intel επίσης αναπτύσσει τα AIB-υποχωρητικά chiplets ή τα κεραμίδια. Η επιχείρηση έχει αναπτύξει 10 κεραμίδια με 10 περισσότερο στις εργασίες, όπως οι πομποδέκτες, οι μετατροπείς στοιχείων, το photonics πυριτίου και οι επιταχυντές εκμάθησης μηχανών.

Ενώ η Intel συνεχίζει να βάζει τα κομμάτια για να αναπτύξει σε ισχύ τα chiplets, άλλοι κατασκευαστές συσκευών θα μπορούσαν επίσης να λάβουν την τεχνολογία AIB και να αναπτύξουν τις παρόμοιες αρχιτεκτονικές χρησιμοποιώντας ή τον τρίτο τους IP.

Η Intel έχει πρόσβαση σε AIB για τα εσωτερικά προϊόντα της. AIB προσφέρεται επίσης ως ανοικτός-πηγή, δικαίωμα-ελεύθερη τεχνολογία για τους τρίτους στον ιστοχώρο συμμαχίας ΤΣΙΠ.

Μια νέα έκδοση AIB είναι στις εργασίες. Η συμμαχία ΤΣΙΠ, μια κοινοπραξία βιομηχανίας, απελευθέρωσε πρόσφατα την προδιαγραφή σχεδίων έκδοσης AIB 2.0. AIB 2,0 έχει περισσότερες από έξι φορές την πυκνότητα εύρους ζώνης ακρών από AIB 1,0.

Για τις περισσότερες επιχειρήσεις, εν τούτοις, είναι μια σημαντική πρόκληση για να αναπτύξει τις chiplet-όπως αρχιτεκτονικές. Η δυνατότητα να ληφθούν τα διαλειτουργικά και δοκιμασμένα chiplets από τους διαφορετικούς προμηθευτές είναι ακόμα ένα μη αποδεδειγμένο πρότυπο.

Υπάρχει μια λύση εδώ. Παραδείγματος χάριν, το μπλε αναλογικό σχέδιο τσιτάχ αναπτύσσει μια γεννήτρια για AIB. Η γεννήτρια επιτρέπει sign-off τους έτοιμους AIB φραγμούς συνήθειας στις διάφορες διαδικασίες. «Με την παραγωγή των φραγμών συνήθειας με τις ταχύτητες μπουτόν, οι γεννήτριες του μπλε τσιτάχ μειώνουν την προσπάθεια χρόνος--αγοράς και εφαρμοσμένης μηχανικής που απαιτείται για να παραγάγει ταινία-έξω την έτοιμη IP,» εν λόγω Krishna Settaluri, CEO του μπλε τσιτάχ.

Αυτός δεν λύνει όλα τα προβλήματα. Για ένα πράγμα, τα chiplets απαιτούν τους γνωστούς καλούς κύβους. Εάν ένας ή περισσότεροι κύβοι είναι ελαττωματικοί στο σωρό, ολόκληρη η συσκευασία μπορεί να αποτύχει. Έτσι οι προμηθευτές απαιτούν μια υγιή στρατηγική κατασκευής με τον καλό έλεγχο διεργασίας.

«Δεδομένου ότι οι προηγμένες διαδικασίες συσκευασίας έχουν γίνει όλο και περισσότερο σύνθετες με τα μικρότερα χαρακτηριστικά γνωρίσματα, η ανάγκη για τον αποτελεσματικό έλεγχο διεργασίας συνεχίζει να αυξάνεται,» εν λόγω Tim Skunes, αντιπρόεδρος της Ε&Α σε CyberOptics. «Το κόστος της αποτυχίας είναι υψηλό λαμβάνοντας υπόψη αυτές τις διαδικασίες χρησιμοποιεί τον ακριβό γνωστό καλό κύβο.»

Περισσότερα chiplets
Για τις προηγμένες συσκευασίες, η χρήση προμηθευτών που υπάρχει διασυνδέει τα σχέδια. Στις συσκευασίες, οι κύβοι συσσωρεύονται και συνδέονται χρησιμοποιώντας το χαλκό microbumps και τους στυλοβάτες. Οι προσκρούσεις/οι στυλοβάτες παρέχουν τις μικρές, γρήγορες ηλεκτρικές συνδέσεις μεταξύ των διαφορετικών συσκευών.

Η πιό προηγμένοη microbumps/οι στυλοβάτες είναι μικροσκοπικές δομές με τις πίσσες 40μm 36μm. Οι προσκρούσεις/οι στυλοβάτες αναπτύσσονται χρησιμοποιώντας το διάφορο εξοπλισμό. Κατόπιν, οι κύβοι συσσωρεύονται και συνδέονται χρησιμοποιώντας μια γκοφρέτα bonder.

Για αυτό, η θερμική σύνδεση συμπίεσης χρήσεων βιομηχανίας (TCB). TCB bonder παίρνει έναν κύβο και ευθυγραμμίζει τις προσκρούσεις σε εκείνοι από έναν άλλο κύβο.

TCB είναι μια αργή διαδικασία. Συν, οι προσκρούσεις/οι στυλοβάτες πλησιάζουν το φυσικό όριό τους, κάπου πίσσες περίπου 20μm.

Αυτός είναι όπου μια νέα τεχνολογία αποκαλούμενη υβριδική σύνδεση ταιριάζει. Ακόμα στην Ε&Α για τη συσκευασία, η υβριδική σύνδεση συσσωρεύει και συνδέει τους κύβους χρησιμοποιώντας τον χαλκός--χαλκό διασυνδέει. Παρέχει σε περισσότερο εύρος ζώνης τη χαμηλότερη δύναμη από τις υπάρχουσες μεθόδους και.

Τα χυτήρια αναπτύσσουν την υβριδική σύνδεση για την προηγμένη συσκευασία. TSMC λειτουργεί σε μια τεχνολογία αποκαλούμενη σύστημα στο ενσωματωμένο τσιπ (SoIC). Χρησιμοποιώντας την υβριδική σύνδεση, SoIC TSMC επιτρέπει τρισδιάστατος-όπως τις αρχιτεκτονικές chiplet στις πίσσες υπο--10μm.

Πρόσφατα, TSMC αποκάλυψε το SoIC του roadmap. Πριν το τέλος της χρονιάς, SoIC θα προωθήσει με τις πίσσες δεσμών 9μm, που ακολουθούνται κατά 6μm το 2021 και 4.5μm σε πρόωρος-2023.

Η κίνηση της υβριδικής σύνδεσης από το εργαστήριο προς το υπέροχο δεν είναι μια απλή διαδικασία. «Οι σημαντικότερες προκλήσεις διαδικασίας της υβριδικής σύνδεσης χαλκού περιλαμβάνουν τον έλεγχο ατέλειας επιφάνειας για να αποτρέψουν τα κενά, νανόμετρο-ισόπεδος έλεγχος σχεδιαγράμματος επιφάνειας για να υποστηρίξουν τη γερή υβριδική επαφή μαξιλαριών δεσμών, και έλεγχος της ευθυγράμμισης των μαξιλαριών χαλκού στον κύβο κορυφών και κατώτατων σημείων,» ο εν λόγω Stephen Hiebert, ανώτερο Διευθυντής μάρκετινγκ σε KLA.

Εν τω μεταξύ, άλλοι επίσης αναπτύσσουν τα chiplets. Στη βιομηχανία επικοινωνιών, παραδείγματος χάριν, OEMs ενσωματώνει τη μεγάλη μετάβαση SoCs Ethernet στα συστήματα. SOC αποτελείται από έναν κύβο διακοπτών Ethernet και ένα SerDes στο ίδιο τσιπ.

«Καθώς πηγαίνουμε στις υψηλότερες ταχύτητες, και καθώς η λιθογραφία πηγαίνει στη λεπτότερη γεωμετρία, οι αναλογικές και ψηφιακές δομές δεν ξελεπιάζουν το ίδιο πράγμα,» ο εν λόγω Nathan Tracy, ένας τεχνικός και ένας διευθυντής των βιομηχανικά τυποποιημένων στη συνδετικότητα TE. Η Tracy είναι επίσης ο Πρόεδρος του OIF.

«Εάν έχετε έναν κύβο διακοπτών, έχει μια ψηφιακή μερίδα. Κατόπιν, έχετε SerDes, ένας μετατροπέας παραλλήλου-σε-σειρά/deserializer που παρέχει το I/O για το τσιπ. Αυτή είναι μια αναλογική δομή. Δεν ξελεπιάζει καλά,» Tracy εν λόγω.

Σαν κίνηση συστημάτων προς τα γρηγορότερα ποσοστά στοιχείων, το SerDes καταλαμβάνει πάρα πολύ διάστημα. Τόσο σε ορισμένες περιπτώσεις, τη λειτουργία SerDes χωρίζεται από το μεγαλύτερο κύβο και σπάζουν στους μικρότερα κύβους ή τα chiplets.

Κατόπιν, όλοι οι κύβοι ενσωματώνονται σε ένα Mcm. Το μεγάλο τσιπ διακοπτών κάθεται στη μέση, η οποία περιβάλλεται από τέσσερα μικρότερα I/O chiplets.

Αυτός είναι όπου τα πρότυπα ταιριάζουν εδώ. Το OIF αναπτύσσει μια τεχνολογία αποκαλούμενη cei-112g-XSR. XSR συνδέει τα chiplets και τις οπτικές μηχανές σε MCMs.

Συμπέρασμα
Σαφώς, η προηγμένη συσκευασία είναι μια φρενιτιώδης αγορά με έναν αυξανόμενο αριθμό νέων επιλογών.

Αυτός είναι σημαντικός για τους πελάτες. Οι μονολιθικοί κύβοι με το ξελέπιασμα τσιπ δεν θα πάνε μακριά. Αλλά γίνεται σκληρότερο και ακριβότερο σε κάθε στροφή. (Από Mark LaPedus)