Das Erscheinen zweieinhalbdimensionaler integrierter Schaltkreise, 2.5DIC, brachte die sogenannten Silizium-Interposer für die gegenseitige Kommunikation der verschiedenen Elemente mit sich, die Teil davon sind. Aufgrund ihrer hohen Kosten und Komplexität wurden diese zu einem Flaschenhals für die Masseneinführung dieser Art von Schaltung. Siliziumbrücken sind eine Alternative, die diese Probleme zu lösen verspricht.
Die größte Herausforderung in einem System aus mehreren unterschiedlichen Prozessoren ist die Kommunikation. Es gibt jedoch Anwendungen, bei denen die von der Hardware benötigte Leistung die Anordnung der Architektur auf einem einzigen Chip verhindert und eine komplexere Zusammensetzung gezeichnet werden muss. Die häufigste ist die sogenannte 2.5DIC-Schaltung.
Das Problem mit Silizium-Interposern
Aufgrund der Komplexität der erforderlichen Kommunikation und der Einsparung von Datentransfer ist der Einsatz komplexer Kommunikationsschnittstellen erforderlich. Der gängigste Trick? Die Verwendung von vertikal angeordneten Siliziumpfaden, die vom Interposer und vertikal durch die Chips verlaufen. Auf diese Weise können Sie die Anzahl der Verbindungen erhöhen und jede Verbindung mit einer niedrigen Taktgeschwindigkeit ausführen, was äußerst wichtig ist, da der Stromverbrauch mit der Taktgeschwindigkeit exponentiell wächst.
Das Problem bei Silizium-Interposern ist, dass sie sind extrem teuer aufgrund der Größe des Interposers, da dieser eigentlich nichts anderes ist als ein Chip, auf dem die restlichen Chips montiert sind und der auch groß sein muss. Somit ist die Größe des Interposers durch das Herstellungsknotenraster begrenzt. Mit der aktuellen Technologie kann ein Silizium-Interposer maximal 30 x 30 mm groß sein, daher müssen die Chips, sowohl Speicher als auch Prozessoren, kleiner sein als der Interposer, auf dem sie montiert sind. .
All diese Einschränkungen führen dazu, dass seit einigen Jahren eine Alternative in Form der sogenannten Siliziumbrücken entwickelt wird, die von beiden übernommen wurden Intel und AMD für ihre gegenwärtigen und zukünftigen 2.5DIC-Designs.
Was sind Siliziumbrücken?
Silikonbrücken, Silikonbrücken auf Englisch, sind keine Zukunftstechnologie , da wir sie bereits in veröffentlichten Produkten gesehen haben. Da die EMIB-Technologie und Intel diese Technologie verwenden, um verschiedene Chips in ihren Designs, die auf zweieinhalbdimensionalen integrierten Schaltkreisen basieren, miteinander zu kommunizieren.
Der Vorteil von Siliziumbrücken ist, dass sie nicht einen kompletten Interposer für die Kommunikation verwenden , sondern schaffen stattdessen einen Kommunikationskanal zwischen den beiden kommunizierenden Chips, der sich auf dem Substrat beider Chips befindet. Etwas, das auf den ersten Blick wie ein Interposer erscheinen mag, aber die benötigte Menge an Silizium für die Kommunikation der verschiedenen Chips ist eigentlich viel kleiner.
Darüber hinaus bieten Siliziumbrücken Freiheit beim Zusammenfügen verschiedener Chips, Schöpfer sind nicht durch die Größe des Interposers eingeschränkt und es gibt keinen Verbindungs-Overhead im Interposer, der dann Elemente enthält, die sie nicht zur Kommunikation verwenden. jede einzelne. Es ist daher eine viel billigere Lösung und bringt 2.5DIC-Designs näher an den Heimatmarkt und damit außerhalb des High Performance Computing.
Wie funktionieren Silikonbrücken?
Eine der Besonderheiten von Siliziumbrücken ist, dass Sie verwenden keine Silizium- oder TSV-Pfade, um mit den Chips kommunizieren, was die Kosten erheblich reduziert, da keine Reihe von vertikalen Pfaden erstellt werden müssen, die den gesamten Chip von oben nach unten durchqueren. Das Problem bei der Einführung von Siliziumpfaden besteht darin, dass sie so komplex sind wie der Bau eines Gebäudes. Und wenn es einmal gebaut ist, sagen wir, dass Sie ein Rohrnetz durch die Mitte führen müssen, was technisch bedeutet, dass Sie das Gebäude auf den Boden fallen lassen und es erneut tun müssen.
Wie bei der TSV von Silizium-Interposern kommunizieren die Siliziumbrücken auch vertikal miteinander, aber diese Kommunikation erfolgt auf einer Brücke, die zwischen beiden Chips liegt und genügend Bandbreite für die Kommunikation bietet. Zum Beispiel konnte Intel mit der Einführung seiner EMIB-Technologie der ersten Generation eine AMD GPU mit seinem HBM-Speicher mit einer der Siliziumbrücken in Kaby Lake-G.
Wer übernimmt es?
Sowohl Intel als auch AMD nehmen Siliziumbrücken an bei der Entwicklung zukünftiger Produkte, obwohl Intel diese, wie bereits erwähnt, bereits übernommen hat und zwar in einem gemeinsamen Projekt mit AMD. Wir beziehen uns auf den NUC Hades Canyon und die Art und Weise, wie CPU und GPU wurden über eine Siliziumbrücke miteinander verbunden.
Das Produkt war nicht sehr erfolgreich, aber Intel hat in all dieser Zeit seine Siliziumbrückentechnologie EMIB entwickelt und sie zu einer Möglichkeit gemacht, die verschiedenen Kacheln, die sie Chiplets nennen, in Designs zu verbinden, die noch nicht so viel sind freigegeben Intel Xe-HP-GPUs Sowie das zukünftige Intel Meteor Lake-CPU . Von denen wir hoffen, dass sie bis 2023 auf dem Markt sein werden.
Im Fall von AMD hingegen wird die Einführung von Siliziumbrücken gesehen in RDNA 3 , dessen Referenz wir dank einer Reihe von AMD-Patenten haben, in denen sie eine Gaming-GPU beschreiben, die aus mehreren GPU-Chiplets besteht. Die vom Betriebssystem so gesehen werden, als ob sie eine einzelne GPU wären. Interessanterweise verwendet AMD für die Palette der CDNA 2-basierten MCM-GPUs einen gemeinsamen Interposer, wobei jedoch zu beachten ist, dass der Markt für Hochleistungscomputer Kosten verursacht, die von TSV und der Verwendung von Silizium-Interposern getragen werden können.
Im Allgemeinen wird erwartet, dass in den kommenden Jahren Siliziumbrücken von verschiedenen Herstellern übernommen werden, die 2.5DIC-Lösungen für den heimischen Markt bauen wollen, etwas, auf das wir seit Jahren gewartet haben und das eines der Elemente sein wird, die Lösung des Problems steigender Kosten für das Ende des Mooreschen Gesetzes. Aber für den Moment und zum Schluss bleibt uns Folgendes: Es handelt sich nicht um eine unbewiesene Technologie und daher sprechen wir nicht von Science-Fiction.
