ด้วย บริษัท ทั้งหมดในภาคฮาร์ดแวร์ที่พัฒนาการออกแบบใหม่โดยใช้ชิปเพล็ตสำหรับอนาคตสิ่งเหล่านี้ดูเหมือนจะเป็นอนาคต แต่จริงๆแล้วพวกเขาไม่มีอะไรมากไปกว่าชิป MCM ซึ่งอยู่ในโลกของฮาร์ดแวร์มานานหลายทศวรรษแล้ว ในบทความนี้เราจะพูดถึงตัวประสานที่สื่อสารและติดตั้งการกำหนดค่าชิปเหล่านี้
Interposers ไม่ใช่เรื่องแปลกใหม่ แต่เป็นการวิจัยและพัฒนาส่วนใหญ่ NVIDIA, เอเอ็มดี, อินเทล หรือ บริษัท อื่น ๆ ในภาคส่วนได้ไปในทิศทางนี้ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาเนื่องจากในลักษณะเดียวกับการพัฒนาสถาปัตยกรรมที่ใช้ชิปเล็ตก็มีความสำคัญดังนั้นระบบอินเตอร์คอมของคุณก็เช่นกัน
Interposer คืออะไร?
ในทางเทคนิค interposer คือ PCB ประเภทหนึ่งดังนั้นจึงเป็นบอร์ดที่ติดตั้งชิปหลายตัวไว้ด้านบน อินเทอร์โพเซอร์มักเรียกกันตามเนื้อผ้าเนื่องจากเป็นแผ่นที่อยู่ระหว่าง PCB หลักกับชิปที่อยู่ด้านบน ตัวอย่างเช่นโมดูล MXM ที่ติดตั้ง GPU เฉพาะสำหรับแล็ปท็อปถือได้ว่าเป็นตัวคั่น
นอกจากนี้ยังเป็นกรณีของชิปบางตัวที่มีหน่วยความจำ "ฝังตัว" ภายนอกเช่น L4 สำหรับ Intel Iris ที่ออกมาเมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมาซึ่งทั้งหน่วยความจำแบบฝังและ SoC ถูกติดตั้งบนตัวประสานเดียวกัน
แต่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาการใช้อินเทอร์โพเซอร์เกี่ยวข้องกับสิ่งที่เรียกว่าวงจรรวม 2.5D IC ซึ่งขึ้นอยู่กับการใช้งานหน่วยความจำ 3D DRAM โดยปกติจะเป็น HBM และใช้การเชื่อมต่อระหว่างกันในแนวตั้ง ตัวประสานเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้การสื่อสารเร็วที่สุดโดยใช้พลังงานต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้และหากมีสิ่งที่ทำให้หน่วยความจำ HBM ได้เปรียบเหนือความทรงจำอื่น ๆ เช่น GDDR6 ก็จะเป็นอัตราส่วน pJ / bit
หากคุณคำนวณการคูณ pJ / bit ด้วยแบนด์วิดท์ต่อวินาทีในหน่วยบิตคุณจะสามารถดูปริมาณการใช้และวิธีที่ HBM2 เป็นหน่วยความจำที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าสำหรับการบริโภค อย่างไรก็ตามความมหัศจรรย์ส่วนใหญ่เกิดจากตัวประสานที่สื่อสารส่วนต่าง ๆ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญในการสร้างระบบ 2.5DIC
การย้ายข้อมูลมีราคาแพง
หากคุณถามผู้เชี่ยวชาญในสาขาที่ออกแบบสถาปัตยกรรมใหม่ ๆ คุณจะเห็นว่าคำตอบจะเหมือนกันเสมอไป ปัญหาไม่ได้อยู่ที่การคำนวณให้มากที่สุดอีกต่อไป แต่ในการรับการเคลื่อนย้ายข้อมูลให้ได้มากที่สุดภายในงบประมาณด้านพลังงานคงที่
ชิปทั้งหมดมีชุดพินข้อมูลที่ทำหน้าที่ในการส่งและรับข้อมูลระหว่างกันการส่งข้อมูลแต่ละครั้งมีค่าใช้จ่ายด้านพลังงานซึ่งการเพิ่มแบนด์วิดท์ต้องใช้โซลูชันมาตรฐานสองแบบ:
- เพิ่มจำนวนพินซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขนาดของชิปนี่คือจำนวนชิปที่น้อยลงต่อเวเฟอร์และการลดลงของสต็อกที่มีอยู่ นอกเหนือจากการสร้างปัญหาเวลาในการตอบสนองเพิ่มเติมเนื่องจากขนาดที่ใหญ่ขึ้น
- การเพิ่มความเร็วสัญญาณนาฬิกาของอินเทอร์เฟซภายนอกไม่ได้เป็นการเพิ่มราคา แต่เป็นการบริโภคเนื่องจากการบริโภคจะเพิ่มขึ้นเป็นกำลังสองตามความเร็วสัญญาณนาฬิกาและสิ่งนี้จะเพิ่มขึ้นในเชิงเส้นตามแรงดันไฟฟ้า
วิธีแก้ปัญหาคือการวางหมุดในแนวตั้งในลักษณะที่สามารถมีได้อีกมากมายโดยไม่ต้องเพิ่มพื้นที่ของชิป ความคิดก็เหมือนกับสิ่งที่เราเห็น ซีพียู ซ็อกเก็ตที่เรามีหมุดหลายร้อยตัวที่สื่อสารกับบอร์ด แนวคิดเกี่ยวกับตัวประสานในการกำหนดค่า 2.5DIC พวกเขาสื่อสารในแนวตั้งกับชิปทั้งหมดจากนั้นตัวประสานเองจะรับผิดชอบในการย้ายข้อมูลนี้
ดังนั้นเรากำลังพูดถึงการเชื่อมต่อระหว่างกันจำนวนมากที่ผู้แทรกแซงต้องดำเนินการซึ่งหมายความว่าจะต้องมีความซับซ้อนภายในมหาศาลและสิ่งเหล่านี้จำเป็นอย่างยิ่งในการกำหนดค่าเหล่านี้
ประเภทของ Interposers
มีตัวแทรกหลายประเภทซึ่งเราจะพูดถึงต่อไปโดยไม่ได้กล่าวถึงแบรนด์ที่เฉพาะเจาะจงหรือเทคโนโลยีที่เป็นกรรมสิทธิ์ แต่เป็นการให้คำอธิบายทั่วไปเกี่ยวกับตัวประสานประเภทต่างๆที่มีอยู่ อย่างไรก็ตามต้องชี้แจงว่าทั้งหมดได้รับการออกแบบมาสำหรับการใช้งานระบบ 2.5DIC
ตัวแทรกซิลิกอน
มีการใช้มากที่สุดและในขณะนี้เป็นภาพเดียวที่มีอยู่ในอุตสาหกรรมขนาดใหญ่สำหรับภาพทั้งหมดที่มาพร้อมกับโพสต์นี้เป็นตัวแทรกประเภทนี้
พวกเขาถูกเรียกเช่นนั้นเนื่องจากความจริงที่ว่าพวกเขายังคงเป็นชิปตัวอื่น แต่มีขนาดใหญ่ ปัญหา? มีราคาแพงในการผลิตและมีราคาตั้งแต่ $ 30 ถึง $ 100 นอกจากนี้ยังมีปัญหาที่ไม่สามารถเสนอความเร็วสัญญาณนาฬิกาสำหรับการสื่อสารที่เกิน 4 GHz ได้ เนื่องจากหน่วยความจำ HBM ต้องการความเร็วสัญญาณนาฬิกาน้อยลงในขณะนี้จึงยังไม่ถึงขีด จำกัด
อินเทอร์โพเซอร์อินทรีย์
เป็นสารที่มักใช้ในองค์ประกอบอินทรีย์ในการก่อสร้างเช่นอีพอกซีเรซิน พวกเขาไม่ได้มีประสิทธิภาพเหมือนกับตัวประสานซิลิกอนทั่วไปเนื่องจากช่วยให้ความเร็วสัญญาณนาฬิกาต่ำลงมาก แต่ต้นทุนการผลิตต่ำมากและอยู่ระหว่าง 2 ถึง 3 ดอลลาร์
สาเหตุที่พวกเขาไม่สามารถเข้าถึงความเร็วสัญญาณนาฬิกาของตัวแทรกซิลิกอนได้ส่วนใหญ่มาจากการที่พวกเขาไม่สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงได้ดังนั้นจึงเป็นการกำหนดรูปแบบของอินเทอร์เฟซที่สร้างขึ้นกับพวกมันรวมถึงการใช้งาน
ตัวแทรกอินทรีย์ไม่ใช้เส้นทางซิลิคอนสำหรับการสื่อสารระหว่างกัน แต่มีสิ่งที่เรียกว่าตัวแทรก 2.1D ซึ่งเป็นการรวมกันของซิลิกอนและตัวแทรกอินทรีย์ซึ่งต้องการความเร็วในการถ่ายโอนของซิลิกอนสูงที่ความเร็วต่ำกว่า ค่าใช้จ่าย.
ตัวแทรกแสงแก้ว
นอกจากนี้ยังมีตัวคั่นที่ทำจากแก้วซึ่งไม่ได้ขึ้นอยู่กับการสื่อสารโดยใช้อิเล็กตรอน แต่เป็นการสื่อสารด้วยโฟตอน ดังนั้นจึงเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุด แต่การผลิตมีความซับซ้อน เป็นไปได้มากว่าพวกเขาจะลงเอยด้วยการเปลี่ยนตัวแทรกซิลิกอนเมื่อจำเป็น
ความสามารถในการสื่อสารด้วยอินเตอร์คอมแบบออปติคัลทำให้ไม่จำเป็นต้องวิ่งรางผ่านซิลิกอนผ่านตัวประสาน ดังนั้นมันจึงเป็นกระบวนทัศน์ที่แตกต่างกันซึ่งเราจะใช้เวลาหลายปีกว่าจะเห็น
นอกจากนี้เรายังต้องคำนึงถึงว่าพวกเขาจะต้องมีการผลิตรูปแบบใหม่เนื่องจากเราไม่ได้พูดถึงวิธีการเดียวกันในการผลิตเป็นตัวแทรกซิลิกอนและสารอินทรีย์ สิ่งนี้สามารถ จำกัด ความพร้อมใช้งานของอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพสูงเช่นเซิร์ฟเวอร์และซูเปอร์คอมพิวเตอร์เป็นเวลาหลายปี
สะพานซิลิกอนหรือตัวประสานที่ไม่มี TSV
สะพานเป็นตัวแทรกซิลิกอน แต่โดยเฉพาะอย่างยิ่งพวกเขาไม่ได้ใช้ทางเดินผ่านซิลิคอน โซลูชันนี้จะมีชื่อเสียงในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าเนื่องจากเป็นรูปแบบของการสื่อสารระหว่างกันที่ Intel เลือกด้วย EMIB และรูปแบบของมันถูกระบุไว้ในสิทธิบัตรของระบบในอนาคตที่ใช้ชิปเล็ต AMD ดังนั้นจึงกลายเป็นทางเลือกที่เหมาะสำหรับซิลิกอน ผู้แทรกแซงสำหรับตลาดในประเทศ
แนวคิดของบริดจ์คือการเชื่อมต่อชิปโดยตรงแทนที่จะมีการเชื่อมต่อภายใน เป็นทางออกที่ดีสำหรับเมื่อมีชิปเพียงไม่กี่ชิ้นที่ด้านบนของ interposer และมีต้นทุนที่ต่ำกว่ามาก
