Використання наборів дизайну Chiplet, щоб допомогти прокласти шлях до 3D -неоднорідної інтеграції

Через кілька років перші процесори з’явилися зокрема Intel 4004, відносно прості сьогодні. Тоді процесори стали складнішими.

Поява чіпів

Після обговорення в JZDS та про розбрат, я сказав собі, що написання статті про чіплети буде корисним для найбільшої кількості. І збереже письмовий трек всупереч тому, що може статися з JZD
Замість того. Я сподіваюсь, що зможу навчити вас, що таке чіплети, чому ця технологія була створена і чому вона розвиватиметься в наступні роки.

• Преамбула
• Чіплет, Кусако ?
• Економічні аспекти чіпів
• Два приклади: AMD та Intel (Altera)

Преамбула

Ця стаття розповідає про комп’ютерні, електронні та архітектурні концепції комп’ютерів, які можуть бути достатньо розширеними для певних читачів. Я пропоную вам трохи популяризації в цій преамбулі, щоб трохи краще зрозуміти, про що ми говоримо.

Для пуристів буде зроблено ярлики, ця популяризація може мати можливість утримувати добровільно неточну інформацію для полегшення розуміння.

Чіплет, Кусако ?

Почнемо з найскладніших, визначимо, що таке чіплет !
Дійсно, термін Чіплет з’явився в 1970 -х роках, але його використання в основному знято в останні роки, для тих, хто зацікавлений у складних процесорах або електронних мікросхемах, таких як FPGA (чіпи, внутрішні логічні двері яких можна перепрограмувати). Для інших, внизу кімнати, ви, можливо, ніколи не чули про цей термін, ми будемо його виправити !

Повернемося до основи того, що таке електронна мікросхема: шматок гравірованого кремнію (знаменитих транзисторів), який інкапсульований у справі. За допомогою компонентів схрещування крихітні золоті або срібні нитки з’єднують ноги компонента до шматка кремнію. На початку мікросхеми складаються з транзисторів, вигравірованих досить грубими роздільними рішеннями (порівняно з сьогоднішнім сьогодні), і функції були досить основними: логічні двері, операційні підсилювачі тощо. Однак це вже було величезним прогресом з точки зору мініатюризації !

У той час компоненти мали перетинання ніг, і необхідно підключити кремнієву мікросхему з цими ногами. Він виготовлений з тонкими синями срібла або золота, які зварені між чіпом і ніг всередині корпусу.

Через кілька років перші процесори з’явилися зокрема Intel 4004, відносно прості сьогодні. Тоді процесори стали складнішими.

З 1970 -х років IBM розробив компоненти MCM (Мульти-коду) включаючи кілька кремнієвих мікросхем в одному випадку. Але ця технологія в основному розвиватиметься наприкінці 90 -х. Ми можемо відзначити Pentium pro Intel, що випускається в 1995 році. Цей процесор включав дві кремнієві мікросхеми: один для процесора суворо кажучи, а інший для пам’яті кешу L2 (буферна пам’ять між процесором та оперативною пам’яттю, набагато швидше, але набагато дорожче, оскільки гравірується з процесором).

Як ми бачимо на фотографії, дві мікросхеми мають приблизно однаковий розмір, і Intel запропонував кілька розмірів кешу L2. Перевага розділення процесора пам’яті кешу полягала в тому, щоб мати можливість зберегти шкалу на мікросхемі процесора, пропонуючи різні розміри пам’яті кешу, ввімкнувши чіп різного розміру у випадку.

Цей тип компонента залишається відносно розвиненим, навіть якщо IBM продовжував розробляти компоненти MCM. Зверніть увагу на Power5 IBM, що випущений у 2004 році, де чотири процесори прямо з чіпом пам’яті кеша L3. Взаємозв’язок блох здійснюється всередині справи.

Сьогодні технологія розвинулася, а чіпси MCM присутні у споживчих продуктах із процесорами AMD. Тут ми можемо побачити процесор EPYC 7702 (випущений у серпні 2019 року), що складається з 9 взаємопов’язаних кремнієвих мікросхем: 8 мікросхем, що містять ядра та кеш -пам’ять, та центральний мікросхема, що з’єднує інші 8, і який керує DDR, а також сигнали d ‘вхід/ Вихід (SATA, PCI Express, USB тощо.)).

Але скажи мені Джеймі, що таке чіплет ?

Ах так, я трохи походить
Насправді чіплет – одна з кремнієвих мікросхем, присутніх у MCM. Чіплета створюється для взаємозв’язку з іншими чіпками. Так, це відносно просто, але вам довелося показати кілька приємних фотографій, щоб зрозуміти

Тим не менш, щоб бути трохи точнішим щодо значення чіпів, ідея полягає не в тому. Існує також поняття загальної мікросхеми, яке можна повторно використати і не присвячувати певній довідці процесора.

Економічні аспекти чіпів

Після цього вступу, поки зображення, давайте тепер зрозуміємо, чому чіплети розвиватимуться в майбутньому. Для цього необхідно повернутися до процесу виготовлення електронних бліх.

Сядьте зручно в кріслі, бо поїздка з піщаного пляжу буде довгою

Ні, чекай !
Ми проведемо цілу частину виробництва кремнію. Що нас зацікавить, це розподіл бліх (загинути) на кремнієвому торті (вафля) і, зокрема.

Але перед цим аспектом урожайності ми повинні говорити про максимальний фізичний розмір штампу. Дійсно, на кремнієвому млиці той самий дизайн чіпа повторюється кілька разів (десятки чи навіть сто разів). Враження від цієї конструкції здійснюється оптично за допомогою ультрафіолетового світла. Однак існує цілий набір лінз та оптичних механізмів, що запобігає гравіруванню єдиного штампу на всьому кремнієвому торті.
Чим більше ми ускладнюємо бліх, тим більше ми хочемо поставити транзистори, тому ми повинні або збільшити розмір чіпа, або збільшити делікатність гравірування, щоб вмістити більше транзисторів на одній поверхні. Але є занадто інші обмеження та межі.

Ось чому принцип чіплета цікавий обійти ці межі: використовуйте кілька невеликих силікусів, з’єднаних між собою, щоб зробити більш складний мікросхему, але неможливо вигравати монолітним способом.

Тепер повернеться до врожаю (похід англійською). По -перше, вафлі круглими за формою, і ми хочемо виграврує його прямокутними чіпсами. Весь кремній не використовується. Але чим менші штампи по краях і тим більше ми можемо мати цілі штампи. Це той самий принцип, що і псевдонім у відеоіграх: чим більше пікселів, що використовуються для формування круглої форми, невеликі, і чим менше ми усвідомлюємо нікування.

У наведеному вище прикладі, якщо ми повідомляємо про часткові штампи на загальній кількості штампів (добра та зміщення), ми отримуємо співвідношення 13.8 % у випадку штампів 5 × 5 мм і 3.6 % у випадку вмирання 1 × 1 мм. Чим менша штамп, тим дійсні штампи можуть мати на краях, що збільшує врожайність.
Ви також можете зробити велику суміш штампу в центрі пластини і використовувати менші штампи по краях для оптимізації врожаю внаслідок псевдоніму.

Скажи Джеймі, чому ми використовуємо круглі вафлі для виготовлення прямокутних бліх ?
Ну, це через метод створення кремнію, який називається процесом крілскі, який надає кремнію у вигляді циліндрів, розрізаний на дуже тонкі шматочки, щоб дати вафлі.

По -друге, на вихід впливає дефекти, які можуть з’явитися на вафлі. Ви можете подумати про пилові зерна, які падають на пластину.

Я відновив попередній приклад, додавши щільність несправності 0.5 на см². Тепер порівняйте Виробництво що відповідає співвідношенню між кількістю функціональних штампів та загальною кількістю вироблених продуктів. У випадку з штампами 5 × 5 мм, вихід становить 88.4 %, в той час як з 1 × 1 мм штампами, вихід становить 99.5 %.

Тому вдвічі цікаво мати невеликі штампи, щоб оптимізувати виробництво електронних бліх. Тим не менш, розрізання складної мікросхеми на кілька менших мікросхем вимагає спілкування між ними між ними, ми повинні додати елементи зв’язку, які приходять для отримання додаткового місця та використання додаткової енергії.

Крім того, використання чіпів може дозволити використовувати штампи різної вишуканості гравірування відповідно до функцій, що дозволяють модулювати витрати на кінцеву мікросхему з продуктивністю.

Нарешті, ще один економічний аспект – це складність розвитку нових особливостей. Це, як правило, має спеціалізовані компанії (або принаймні стартапи на початку), які пропонують блоки інтелектуальної власності (функції) готові до використання. Наприклад, виробник процесорів зможе зосередитись на розробці самого процесора, купуючи штампи для таких функцій, як PCI Express, USB або DDR -контролери.

Для полегшення сумісності чіпів, що надходять від різних виробників, основних гравців, таких як Intel, AMD, ARM, Qualcomm, Samsung або TSMC, створили стандарт зв’язку між чіплетами, UCIE (Universal Chiplet Interconnect Express)).

Два приклади: AMD та Intel (Altera)

AMD EPYC

Сьогодні все більше і більше процесорів використовують цю техніку чіплетів. AMD використовує чіплети з першого покоління процесорів EPYC, де різні серця пов’язані між собоюНескінченна тканина.

Перше покоління процесорів EPYC побачило набір штампів, які можна було б прирівняти з повними процесорами, пов’язаними між собоюНескінченна тканина Формувати остаточний процесор. Таким чином, чіпки були своєрідним невеликим автономним процесором: кожен штамп керував своїми записами/результатами і мав свій контролер DDR.
Ці штампи, а точніше, бульти мають два Core Compute Complex (CCX, набір з чотирьох ядер з пам’яттю кешу), а також контролер DDR, керує входами/виходами (наприклад, PCI Express) і має модулі зв’язку дляНескінченна тканина.

Невелика тонкість, на епіку першого покоління завжди є чотири чіпки. Щоб змінити кількість сердець, AMD деактивує серця всередині CCX. Наприклад, мати 24 ядра, CCX має лише 3 активні ядра

Таким чином, це перше покоління використовувало принцип чіпів як своєрідну копію/склеєну штампи замість того, щоб розробити велику монолітну штамп.

Для другого покоління AMD підштовхує концепцію трохи далі. Дійсно, CCX тепер незалежні, згруповані в парах в межах Core Compute Die (CCD) підключений до Нескінченна тканина до штампу, що керує DDR та записами/виходами Вражати (IOD).
AMD повністю використовує це посилене відокремлення від функцій. Дійсно, CCD вигравіровано в 7 нм, поки IOD вигравіровано в 14 нм.

Нижче презентація AMD, що підсумовує уривок у чіпках процесорів EPYC.

Intel FPGA (altera)

Процесори Intel – це завжди монолітні чіпси, за винятком кількох винятків, як ми могли бачити на початку цієї статті. Тим не менш, у секторі Intel FPGA (відновлений FPGA) використовує чіплети для останнього покоління, Agilex.
Ці чіпки в основному стосуються типу використовуваної трансскени (швидкі посилання) і називаються Плитка. Якщо Intel пропонує заздалегідь задані діапазони від цих плиток, це повинно бути можливим, щоб отримати індивідуальні мікросхеми для власних потреб.
Плитка розділена на максимальну швидкість приймачів та підтримуються протоколи (Ethernet, PCI Express тощо.): 16г для P, 28G для H, 32G для R тощо.
Intel також викликає для майбутнього можливості підключення індивідуальних чіпів, які б забезпечували додаткові функції. В даний час компанії випустили чіплет ADC/DAC (Jariett Technologies), а також інший оптичний зв’язок (AYAR Labs).

Нарешті, ми не повинні вірити ні в те, що фішки моноліт мертві. Вони завжди мають переваги, особливо з точки зору внутрішньої комунікації та затримки, що може бути критичним для певних додатків, що потребують великих мікросхем.
Це випадок Broadcom та його перемикання 400 г мікросхем, вибір яких пояснюється дизайнером у цьому відео: https: // www.YouTube.Com/годинник?V = b-cogmbaug4

Я сподіваюся, що ця стаття має для вас більше і дозволила вам дізнатися трохи більше про виготовлення поточних мікросхем. Я намагався популяризувати складну тему, я також сподіваюся, що змогла зберегти вас після першого абзацу
Не соромтеся залишати коментар, якщо певні моменти залишаються для вас криптичними, я спробую надати деталі.

6 коментарів

Ця відповідь була корисною

Відмінна стаття, дякую @ Zeql !

“Кинь мене на вовків, і я поверну пакет.” – Сенека

Ця відповідь була корисною

Мені було цікаво, наскільки поява чіплетів змогла розглянути певну еволюцію в обладнанні (а також споживач що сервер) в майбутньому, або навіть зміна парадигми на те, як ми проектуємо високо та оптимальні машини в цілому.

Деякі добре інтегровані системи (особливо в Apple) ґрунтуються не виключно на дуже ефективному «класичному» процесорі, а й на кількох спеціалізованих допоміжних мікросхах, які вивантажують загальні процесори. У обмеженій системі як смартфон ми можемо знайти транскодування чіпів H265, одиниці обчислення для AI (Apple нейронний двигун) і, звичайно, класичний графічний блок.

Тому я беру на діаграму AMD EPYC 2 -го покоління, і мені цікаво, чи чіплети будуть простим способом виробництва комерційно та промислово життєздатними з повних одиниць, які вступають у кілька спеціалізованих мікросхем для досягнення оптимальних показників у певних завданнях. Наприклад, пристрій може забезпечити класичні CCD, але також DSP, GPU, Transco H265/AV1/VP9/…, чіп, який потрібно робити, тощо. і підключіть все це за допомогою виробництва IOD/нескінченності. Кожен виробник машин/серверів, таким чином.

Це нагадує мені концепцію APU, але я не знаю, чи є звіт.

Ця відповідь була корисною

Мені було цікаво, наскільки поява чіплетів змогла розглянути певну еволюцію в обладнанні (а також споживач що сервер) в майбутньому, або навіть зміна парадигми на те, як ми проектуємо високо та оптимальні машини в цілому.

Деякі добре інтегровані системи (особливо в Apple) ґрунтуються не виключно на дуже ефективному «класичному» процесорі, а й на кількох спеціалізованих допоміжних мікросхах, які вивантажують загальні процесори. У обмеженій системі як смартфон ми можемо знайти транскодування чіпів H265, одиниці обчислення для AI (Apple нейронний двигун) і, звичайно, класичний графічний блок.

Тому я беру на діаграму AMD EPYC 2 -го покоління, і мені цікаво, чи чіплети будуть простим способом виробництва комерційно та промислово життєздатними з повних одиниць, які вступають у кілька спеціалізованих мікросхем для досягнення оптимальних показників у певних завданнях. Наприклад, пристрій може забезпечити класичні CCD, але також DSP, GPU, Transco H265/AV1/VP9/…, чіп, який потрібно робити, тощо. і підключіть все це за допомогою виробництва IOD/нескінченності. Кожен виробник машин/серверів, таким чином.

Це нагадує мені концепцію APU, але я не знаю, чи є звіт.

Тож ви повинні знати, що мікросхема часто робляться з IP (інтелектуальна власність): функція, продана цілком готова на рівні “транзисторів”, але це повинно бути інтегровано в його дизайн.
Класичний приклад -контролер DDR3 на -дошці мікроконтролера. Виробник мікроконтролера не обов’язково освоїть DDR3 і не має навичок, час (ні бажання) створити контролер DDR3. Тому він купує IP у контролера і інтегрує його в свій дизайн.

Вам доведеться досягти успіху в тому, щоб побачити різницю між можливістю IP та стружкою. Для мене чіплет прийшов і принести одну або кілька вдосконалених функцій, і які вже пройшли тести гравюри, тому додатковий крок у дизайні. Але залишається проблема тестування повного ґрунту з усіма чіпками. Тож ми не можемо створити сотні варіацій, як LEGO. Це вимагає мінімум економічної реальності.
Але так, для певного обсягу ми можемо створити а -ля -карт -розетки.

Велика перевага полягає на виробничій стороні чіпа: якщо IP може бути відхилений для різних гравірувань, чіплета на перевагу того, щоб завжди бути гравірованою у своєму початковому вишуканому (якщо вона достатня), коли може бути інші частини чіп бути вдосконаленим за допомогою меншої гравюри.

Ця відповідь була корисною

Крім того, я подумав, що чіплети можна використовувати в модульній конструкції. Ви берете дизайн з 4 чіпами, бліхи з несправностями розподіляються по всьому виробництву, а ті, що мають 3 чіпси, які працюють на 4.

Що спрощує дизайн та індустріалізацію стосовно звичайної роботи.

Любитель вільного програмного забезпечення та розподілу GNU/Linux Fedora. #Jesuisarius

Ця відповідь була корисною

Дякую за цю цікаву мега -стаття. Я б любив вас занадто багато часу, щоб деталізувати кожну точку, яку ви не пояснюєте в підручнику, щоб дійсно зрозуміти речі, але все одно цікаво .

Використання наборів дизайну Chiplet, щоб допомогти прокласти шлях до 3D -неоднорідної інтеграції

Чіплет – це ASIC Die, специфічно розроблений та оптимізований для роботи в упаковці спільно з іншими чіпами. Неоднорідний інтегрований (HI) передбачає безглузді множинні штампи або чіплети в системні упаковки (SIP) черепиці. Ці пристрої, запропоновані отримати переваги, включали продуктивність, потужність, область, вартість та TTM.

Обмін дизайну стружки (CDX) складається з постачальників EDA, Chiplet
Постачальники/збірники та інтегратори SIP та є відкритою робочою групою, щоб рекомендувати стандартизовані моделі та робочі процеси для полегшення екосистеми чіплета. Цей вебінар підсумовує набори дизайну Chiplet (CDK) пропонує допомогти стандартизувати 2.5d і 3.D IC Дизайн для створення відкритої екосистеми.

Побудова екосистеми для успішного 2.Інтеграція моделі 5D та 3D

Подібно до процесу SOC, вам потрібна екосистема для чіплетів. Ключові дозволяють для загального прийняття ринку та розгортання конструкцій на основі чіплетів:

• Технологія: 2.5 D Процеси виробництва та складання 3D укладені штамп
• IP: Стандартизовані моделі чіплета
• Робочі процеси: потоки дизайну EDA та Правила PDK, CDK, DRM та збірки
• Бізнес -моделі: ринок чіплетів

Початковий фокус CDX – 2.5D-інтерпозовані моделі Chiplet з 3D для дотримання. Дізнайтеся більше про ці зусилля на вебінарі.

Обмін дизайну стружки (CDX) складається з постачальників EDA, постачальників/збірників та інтеграторів SIP та є відкритою робочою групою, щоб рекомендувати стандартизовані моделі та робочі процеси для полегшення екосистеми чіплета. Цей вебінар підсумовує набори дизайну Chiplet (CDK) пропонує допомогти стандартизувати 2.5d і 3.D IC Дизайн для створення відкритої екосистеми.

Побудова екосистеми для успішного 2.Інтеграція моделі 5D та 3D

Подібно до процесу SOC, вам потрібна екосистема для чіплетів. Ключові дозволяють для загального прийняття ринку та розгортання конструкцій на основі чіплетів:

• Технологія: 2.5 D Процеси виробництва та складання 3D укладені штамп
• IP: Стандартизовані моделі чіплета
• Робочі процеси: потоки дизайну EDA та Правила PDK, CDK, DRM та збірки
• Бізнес -моделі: ринок чіплетів

Початковий фокус CDX – 2.5D-інтерпозовані моделі Chiplet з 3D для дотримання. Дізнайтеся більше про ці зусилля на вебінарі.

Просочене зображення розкриває амбітний дизайн чіплета для GPU AMD Radeon

Просочене зображення розкриває амбітний дизайн чіплета для GPU AMD Radeon

• за
• В новинах
• 16 серпня 2023 року

З’явилося просочене зображення, що розкриває дизайн GPU з Radeon Chipets, нібито з скасованого проекту мікросхеми Navi 4C 4C. Дизайн присутній між 13 і 20 різними чіпами на одному GPU, свідчить про амбітний підхід AMD. Ця складніша конструкція чіплета відрізняється від кремнію Navi 31, який зараз використовується в Radeon RX 7900 XTX. Незважаючи на те, що попередня ітерація GPU вважалася першим поколінням, вона не використовувала справжню конструкцію чіплета, як останні процесори Ryzen of AMD. Однак концепція розкритих NAVI 4C є значним прогресом, оскільки він включає кілька чіпів -розрахунок, а також чітких чіпів вводу/виводу на одній підкладці. На просоченому зображенні представлені 13 чіпів, з можливістю додаткових мікросхем контролера пам’яті, що не відображаються на зображенні.

Для підтвердження справжності зображення, виділяється відповідний патент 2021 року, що обговорює концепцію модульності паралельними процесорами. Патентні візерунки дуже нагадують дизайн, показану на просоченому зображенні, навіть підказуючи можливість більшої кількості чіпів з іншого боку поперечної чашки.

На жаль, дизайн GPU, представлений на просоченому зображенні, скасовано. Це погоджується з останніми відносинами, що дозволяє припустити, що акцент AMD для наступного покоління GPU буде на монолітних чіпах NAVI 43 та NAVI 44, призначених для широкої громадськості, а не на високих компонентах. Однак припускається, що AMD перенаправляє свої зусилля на розробку GPU, що складається з декількох розрахункових чіпів для високого сегмента його майбутнього діапазону відеокарт, потенційно з рДНК 5.

Хоча реалізація декількох чіпів для розрахунків для графіки гри є складнішим, ніж для традиційних розрахунків процесора, рішення AMD про подолання проектних перешкод зараз і працювати над кращим рішенням для рДНК 5 сприймається як позитивний крок. Для AMD було б вигідно мати план порятунку, наприклад, новий вузол для вдосконаленої версії Navi 31.