Inteli Ponte Vecchio ja AMD Zen 3 näitavad täiustatud pooljuhtide pakkimistehnoloogia lubadust

Intel ja AMD arutasid sel nädalal toimunud rahvusvahelisel tahkisahelate konverentsil mõningaid oma kõige arenenumaid kiibikujundusi ning rõhutasid täiustatud pakendite rolli nende tulevastes tipptasemel kiibitoodetes. Mõlemal juhul tulevad muljetavaldavad uued jõudlusvõimalused modulaarsetest lähenemisviisidest, mis ühendavad erinevatel tootmisprotsessidel valmistatud ehitusplokke. See illustreerib kiipide pakendamise tohutut potentsiaali pooljuhtide innovatsiooni tulevikus.

Inteli sihtturg Ponte Vecchio jaoks on suure jõudlusega moodul, mis tuleb sisse ehitada suurtesse andmekeskusesüsteemidesse. See on graafikaprotsessor (GPU) ja on mõeldud tehisintellekti, masinõppe ja arvutigraafika rakenduste jaoks. See on nime saanud keskaegse kivisilla järgi, mis ühendab Itaalias Firenzes asuvat Piazza della Signoriat ühel pool Arno jõge ja teisel pool asuvat Pallazzo Pitti. Disaini üks tipphetki on see, kuidas see ühendab paljusid spetsiaalseid kiipe – integraallülituse ehitusplokke, mis on mõeldud kombineerimiseks terviklike süsteemide loomiseks.

Ponte Vecchio kasutab kaheksat "plaati", mis on toodetud Taiwani pooljuhtide tootmisettevõtte (TSMC) kõige arenenuma 5 nm protsessiga. Igal plaadil on kaheksa "X^e” südamikud ning igal kaheksal tuumal on omakorda kaheksa vektor- ja kaheksa spetsiaalset maatriksmootorit. Plaadid asetatakse "alusplaadi" peale, mis ühendab need hiiglasliku lülitikangaga mälu ja välismaailmaga. See alusplaat on ehitatud kasutades ettevõtte Intel 7 protsessi, mis on ettevõtte täiustatud 10 nm SuperFin tootmisprotsessi uus nimi. Samuti on olemas suure jõudlusega mälusüsteem nimega RAMBO, mis tähistab muutmälu, ribalaiust optimeeritud, mis ehitati alusplaadile, kasutades Intel 7 Foverose ühendustehnoloogiat. Kaasatud on ka palju muid ehitusplokke.

Ponte Vecchio disain on juhtumiuuring heterogeensest integratsioonist – kombineerides 63 erinevat plaati (47, mis täidavad arvutusfunktsioone ja 16 soojusjuhtimist) kokku üle 100 miljardi transistoriga ühes pakendis, mille suurus on 77.5 x 62.5 mm (ligikaudu 3 x). 2.5 tolli). See ei olnud väga ammu, kui nii palju arvutusvõimsust täitis lao ja nõudis oma elektrivõrku ühendamist. Sellise disainiga seotud inseneriprobleeme on palju:

Kõigi osade ühendamine. Disainerid vajavad viisi signaalide liigutamiseks kõigi erinevate kiipide vahel. Vanasti tehti seda trükkplaatidel olevate juhtmete või jälgedega ja kiipe kinnitati plaatidele jootmise teel. Kuid see sai ammu otsa, sest signaalide arv ja kiirus kasvasid. Kui panete kõik ühele kiibile, saate need tootmisprotsessi tagaosas metallijälgedega ühendada. Kui soovite kasutada mitut kiipi, tähendab see, et vajate palju ühendustihvte ja soovite, et ühenduskaugused oleksid lühikesed. Intel kasutab selle toetamiseks kahte tehnoloogiat. Esimene on selle "sisseehitatud multi-die interconnect bridge" (EMIB), mis on valmistatud väikesest killust räni, mis võib pakkuda korraga sadu või tuhandeid ühendusi, ja teine ​​on selle Foverose stantsitud virnastamise tehnoloogia. mida kasutatakse selle Lakefieldi mobiiliprotsessoris.

Veenduge, et kõik osad on sünkroonitud. Kui olete ühendanud palju erinevaid detaile, peate tagama, et kõik osad saaksid üksteisega sünkroonselt rääkida. Tavaliselt tähendab see kellana tuntud ajastussignaali jagamist, et kõik kiibid saaksid töötada lock-step. Selgub, et see ei ole tühine, kuna signaalid kipuvad viltu minema ja keskkond on väga mürarikas ning ümberringi põrkab palju signaale. Näiteks igal arvutuspaanil on 7,000 ruutmillimeetrisel alal rohkem kui 40 ühendust, nii et sünkroonis hoidmiseks on seda palju.

Soojuse juhtimine. Kõik moodulplaadid nõuavad palju võimsust ja selle ühtlaselt edastamine kogu pinnale, eemaldades samal ajal tekkiva soojuse, on tohutu väljakutse. Mälukiibid on juba mõnda aega virnastatud, kuid tekkiv soojus jaotub üsna ühtlaselt. Protsessori kiipidel või plaatidel võivad olla kuumad kohad olenevalt sellest, kui palju neid kasutatakse, ja kuumuse haldamine 3D-kiipide virnas ei ole lihtne. Intel kasutas kiipide tagakülgede jaoks metalliseerimisprotsessi ja integreeris need soojusjaoturitega, et käidelda Ponte Vecchio süsteemi poolt toodetud 600 vatti.

Inteli teatatud esialgsed laboritulemused hõlmasid >45 teraflopsi jõudlust. Argonne'i riiklikes laborites ehitatav Aurora superarvuti hakkab kasutama rohkem kui 54,000 18,000 Ponte Vecchiot koos enam kui 2 1,000 järgmise põlvkonna Xeoni protsessoriga. Aurora maksimaalne jõudlus on üle 1990 Exaflopsi, mis on 100 korda suurem kui Teraflopi masinal. XNUMX. aastate keskel, kui ma tegelesin superarvutite äriga, oli üks Teraflop masin XNUMX miljoni dollari suurune teadusprojekt.

AMD Zen 3

AMD rääkis oma Zen 3 teise põlvkonna mikroprotsessori tuumast, mis on ehitatud TSMC 7 nm protsessile. See mikroprotsessori tuum oli mõeldud kasutamiseks kõigis AMD turusegmentides, alates väikese võimsusega mobiilseadmetest, lauaarvutitest ja kuni selle kõige võimsamate andmekeskuse serveriteni. Selle strateegia keskne põhimõte oli selle Zen 3 tuuma pakkimine tugifunktsioonidega "tuumkompleksina" ühele kiibile, mis toimis modulaarsete ehitusplokkidena sarnaselt Inteli plaatidega. Nii saaksid nad kokku pakkida kaheksa kiibikest suure jõudlusega lauaarvuti või serveri jaoks või neli kiibistikku väärtussüsteemi jaoks, nagu näiteks odav kodusüsteem, mida ma võiksin osta. AMD virnastab kiipe ka vertikaalselt, kasutades nn läbiva silikoonviide (TSV) – meetodit mitme üksteise peale asetatud kiibi ühendamiseks. Samuti võib see ühendada kaks kuni kaheksa neist kiibist serveri stantsiga, mis on valmistatud GlobalFoundriesi 12 nm protsessis, et saada oma 3^rd põlvkonna EPYC serveri kiibid.

Suurepärane võimalus, mida Ponte Vecchio ja Zen 3 tõstavad esile, on võimalus segada ja sobitada erinevaid protsesse kasutades valmistatud kiipe. Inteli puhul hõlmas see nii enda kui ka TSMC kõige arenenumate protsesside abil valmistatud osi. AMD võiks ühendada TSMC ja GlobalFoundriesi osi. Väiksemate kiibide või plaatide ühendamise, mitte lihtsalt ühe suure kiibi ehitamise suureks eeliseks on see, et väiksematel on parem tootmisvõimsus ja seetõttu on need odavamad. Samuti saate segada uusi kiibikke vanemate tõestatud kiibidega, mis on teie arvates head või mis on valmistatud odavama protsessiga.

Nii AMD kui ka Inteli kujundused on tehnilised tours de force. Kahtlemata kujutavad need endast palju rasket tööd ja õppimist ning kujutavad endast tohutuid ressursside investeeringuid. Kuid nii nagu IBM tutvustas 360. aastatel oma suurarvutis System/1960 modulaarseid alamsüsteeme ja 1980. aastatel muutusid personaalarvutid modulaarseks, tähistab räni mikrosüsteemide modulaarne jaotus, mille näideteks on need kaks konstruktsiooni ja mida võimaldab täiustatud kiibipakend, olulist tehnoloogilise nihke. Tõsi, paljud siin kuvatud võimalused on enamiku idufirmade jaoks endiselt kättesaamatud, kuid võime ette kujutada, et kui tehnoloogia muutub kättesaadavamaks, vallandab see kombineeritud uuenduste laine.