Новости

Предварительная упаковка играет более большую роль и будет более жизнеспособным вариантом для того чтобы начать новые на уровне систем дизайны микросхемы, но она также представляет чипмейкеры со смущая массивом вариантов и иногда огромного ценника.

Автомобильный, сервер, смартфон и другой система обнимите предварительную упаковку в одной форме или других. Для других применений, это массовое уничтожение, и более простой пакет товара будет достаточным. Все еще, предварительная упаковка быстрый быть привлекательным вариантом для много. Индустрия начинает новые формы предварительной упаковки или модернизировать существующих технологий для диапозона применения, как 5G и AI.

Оно принимало леты индустрии для того чтобы получить к этому пункту. Собирать плашки в зачаточном пакете возможен на десятилетия. Но как масштабирование бегов из пара, упаковка открытая вверх по всему новому набору архитектурноакустических вариантов которым смогите улучшить представление, уменьшить силу, и добавьте гибкость в дизайны и к подгоняет их для специфических рынков и уменьшить время на реализацию.

Никто тип пакета не может отвечать все потребностямы, однако. Каждое применение другое, и каждое имеет свои собственные уникальные требования. В некоторых случаях, предварительная упаковка может даже не быть правым решением.

Инженерство полупроводника рассмотрело преимущества и проблемы предварительной упаковки в 4 рынках — серверы, сетевое оборудование, умные стекла и военный/космический. Пока это как раз образец возможных применений, оно выделяет некоторые из главных проблем и проблемы в упаковке этого чипмейкеры будут смотреть на в будущем.

Полный рынок IC упаковывая была стоимостью $68 миллиардов в 2019, согласно Yole Développement. этого, предварительная упаковочная промышленность была $29 миллиардов в 2019 и ожидано, что растут, что 6,6% достигла $42 миллиарда в 2025, согласно Yole.

Серверы
Типично, выдвинуть дизайн ведущей кромки, создатели прибора полагаются на шкалировании обломока. Цель упаковать больше функций на монолитовой плашке на каждом новом отростчатом узле, с новым узлом свертывая вне грубо каждый 18 до 24 месяцев. Но шкалирование будет более трудным и дорогим на каждом узле, и преимущества цены/представления умаляют. Так пока масштабирование будет продолжаться, не все компоненты в системе масштабируют поровну.

«Оно действительно около умереть экономика,» сказал Ng Вальтер, вице-президента развития биснеса на UMC. «На узлах кровотечени-края, ценах вафли астрономические, настолько немногие клиенты и немногие применения могут позволять пользоваться дорогим технологическим прочессом. Даже для клиентов которые могут позволять цену, некоторое из их умирает размеры бежит вверх против максимального размера перекрещения. Это, конечно, результаты в проблемах выхода, которое после этого более добавочно обостряет стоить проблему. Клиенты хотят более оптимизировать техническое решение, которое поставит более рентабельное решение дела. Время оно принимает для того чтобы конструировать и проверить большой систем-на--обломок (SoC) на кровоточить крае также забота для много от перспективы времени на реализацию.»

В мире сервера, эти пункты и к дезагрегированию — offloading функции которые не требуют или не извлекают пользу из самой предварительной цифровой логики — также, как неоднородная интеграция используя высокоскоростное соединение плашк-к-плашки. Несколько вариантов доступных, но настоящее жужжание вокруг chiplets.

В chiplets, чипмейкер может иметь меню модульных плашек, или chiplets, в библиотеке, не которые должны быть начаты на таком же отростчатом узле. Вообще, дизайн который включает chiplets походит монолитовый SoC, но он стоит для того чтобы превратиться.

Это все звучит хорошим на бумаге, но некоторые проблемы. «Это вытекая окружающая среда. Новая модель. Нет много стандартов когда это прибывает в интерфейсами. Предыдущие усыновители интеграции chiplet клонят быть вертикально объединенными компаниями которые могут контролировать все элементы дизайна, и специфически интерфейсы,» сказал Eelco Bergman, старший директор развития биснеса на ASE, в представлении на недавнем конференции IMAPS2020. «Сегодня, дизайны chiplet в большинстве будут управляться разработчиком обломока, ли это IDM или fabless поставщик. По мере того как индустрия эволюционирует и экосистемы раскрывают вверх, вы увидите это изменение.»

Другие согласились. «Понимающ автобуса дизайн и интерфейс спецификации действительно критические. Если собственническая ситуация, то ясно клиент идет закончить вверх принимать ведущую роль туда. Это будет истинно в течение некоторого времени,» сказал Майк Келли, вице-президента предварительных пакета и интеграции технологии на Amkor, в представлении. «Как только мы устанавливаем место где мы имеем общие архитектуры автобуса которые каждый понимает и хорошо определен, тогда дизайн может быть очень гибок, ли это вертикально объединенная компания, IDM или OSAT коль на то пошло.»

AMD, Intel, и немного других вводили похожие на chiplet архитектуры. Например, вместо большое монолитового умирает, процессор сервера AMD самый последний линия интегрирует более небольшие плашки в модуле, иногда вызывал модуль мульти-обломока (MCM). Обломоки подключены используя соединение плашк-к-плашки.

Названный 2D дизайн chiplet, MCM AMD включает интегрированный I/O и регулятор памяти умирает основанный на процессе 14nm. Этот умрите распологает в середину. Процессор 8 7nm умирает также включен в MCM. 4 процессор умирает расположены на каждую сторону I/O умирают.

FIG. 1: Процесс сервера EPYC AMD с 8 плашками ядра и 1 I/O умирают источник: AMD

Для своих линий процессора сервера, AMD двинуло к похожему на chiplet подходу по нескольким причинам. «Продолжать необходимую тенденцию представления представления 2X каждые 2 лет, мы идем chiplets не только включить больше транзисторов на более лучшем выходе, но уменьшить полную сумму кремния предварительн-узла,» сказал черноту Брайан, старший товарища на AMD, в представлении.

Идущ вперед, AMD планирует расширить свои усилия MCM на фронте процессора сервера. Оно также планирует начать chiplets используя 3D штабелируя методы. «По мере того как мы двигаем в 3D штабелируя, мы идем обострять всю из этих проблем которые мы работали дальше в 2D,» Черн сказали.

И 2D и дизайны chiplet 3D-based имеют много из таких же проблем. «Chiplets не свободно,» Черн сказало. «Они имеют цену связанную с ними, как в упаковывая цене, так и в росте в цене зоны плашки. Мы не можем принять монолитовый компонент с зоной 2X и разделить ее в 2 более небольшое умрите которое как раз 1X зона каждое. Накладные расходы связывая между 2, так же, как дополнительная логика силы, дополнительная логика сцепления, дополнительные хронометрируя контроли, и так же, как эффективные управления теста. Мы имеем тонну дополнительной логики контроля в дополнение к связи I/O наверху которая необходимо, что соединяет эти 2 плашки и сделать их посмотреть как подобным быть как одной умрите как возможное.»

Поверх этого, пакет требует плашек с хорошими также вызванными выходами, известное хорошим умирает. Одна неудача умирает в пакете может привести к отказам продукта или системы. «Параметрическое изменение во всех плашках. И так мы имеем проблему углубленного испытания и характеризации решений мульти-плашки. Некоторые медленны. Некоторые быстры. Некоторые уничтожают больше или меньше силы,» Черн сказало.

Жара, распределение силы, и надежность также проблемы с основанными на chiplet дизайнами. И после этого, если пакет терпит неудачу, то большой вопрос кто принимает ответственность. Это поставщик обломока, поставщик IP или упаковывая дом?

Для этого, упаковочная промышленность может выучить от прошлых опытов, особенно в ранних стадиях 2.5D. С 2.5D, плашки штабелированы или помещены бок о бок поверх interposer. Interposer, который включает через vias кремния (TSVs), действует как мост между обломоками и доской.

В ранних стадиях 2.5D, создатели прибора wrestling с различными плашками, вопросами интеграции и проблемами выхода. С течением времени, хотя, поставщики работали через проблемы.

«Я вспоминаю когда проекты 2.5D начали,» Келли Amkor's сказал. «Вещь одно которая помогла нам получала выходы до точки. После этого не было огромной проблемой, который нужно сортировать через немногие потери выхода что вы имели.»

Если плашка не встретила спецификации, то поставщики после этого проводили бы обширный анализ первопричины прибора. Это требует ядровой испытывая стратегии.

Такой же тип рецепта смог быть снабжен для неоднородной интеграции используя chiplets. Как раньше, начинать плашки с хорошими выходами критический. «Вы идете принять его к другой крайности. Вы будете иметь больше плашек и больше соединений припоя. Но покуда ваш основной процесс сборки твердое тело утеса, он не идет быть как тягостен обсуждения по мере того как мы нашли оно с 2.5D,» Келли сказал.

Действительно, пакет должен иметь хорошие выходы по приемлемым ценам. Но когда отказ происходит, он идет назад к поставщику. «В конце дня, поставщик одно которое в конечном счете ответственно за продукт. Но база снабжения которая поддержала что поставщик обломока там помочь в этом процессе анализа отказа. Как только это определено, тогда пассивы и ответственности будут гораздо более ясными,» Bergman ASE сказало.

Цель предотвратить отказы во-первых. Это принимает целостный подход начиная с дизайном. «Через участок дизайна, мы понимаем что идет работать самое лучшее с клиентом,» сказали Кен Molitor, Замдиректору по Операциям на Quik-Пак. «Мы надзиратель весь проект, где мы конструируем субстрат, будем иметь субстрат изготовленный, и после этого прийти вверх с кохезионным дизайном. После этого, мы будем иметь его собранный. Некоторые основные этапы работ (во время процесса.) Это клонит уменьшить риск на его конце и в нашем конце.»

Сетевое оборудование
Поставщики сетевого оборудования смотрят на много из таких же проблем. Сеть комплексная система которая пяди от домашнего офиса к облаку. Для обращения к этих рынков, поставщики оборудования связи продают различные системы для различных частей сети.

Например, в одной части сети, Cisco продает маршрутизатор для широкомасштабных поставщиков услуг. Маршрутизатор направляет сеть используя пакеты данным по IP. Маршрутизатор Cisco самый последний основан сама по себе, внутреннее ASIC. Построенный вокруг процесса 7nm, ASIC Cisco монолитовое включает Tbps 12,8 ширины полосы частот на таком же обломоке.

Cisco также начинает ASICs для своих других продуктов сети. Другие поставщики оборудования связи начинают ASICs, также.

Поставщики также исследующ или снабжающ альтернативные подходы по нескольким причинам. На каждом узле, ASIC будет больше и дороже. Оно также включает SerDes (serializer/deserializer), которое обеспечивает высокоскоростные связи обломок-к-обломока.

«Ширина полосы частот сети масштабируя требования приводит в росте сети ASIC умирает размер с каждым поколением технологии,» сказал Valery Kugel, старший выдающийся инженер на можжевельнике, в представлении. «() SerDes занимает большую часть зоны ASIC.»

Другие вопросы. ASIC состоит из и цифровых и сетноых-аналогов блоков. Цифровая часть извлекает пользу из масштабирования, включающ больше функций с более высокими ширинами полосы частот. Но не все извлекает пользу из масштабирования.

«Функция SerDes не сжимает. Это сетноая-аналогов структура. Оно не масштабирует хорошо,» сказал Натан Трейси, технолог и менеджер индустриальных стандартов на взаимодействии TE. Трейси также президент оптически форума Internetworking (OIF), группа индустриальных стандартов.

Несколько решений здесь, включая chiplets. Для того чтобы соединить плашки в пакете, OIF развивает вызванный стандарт интерфейса плашк-к-плашки CEI-112G-XSR. XSR соединяет chiplets и оптически двигатели в MCMs. Оно включает тарифы данных до 112Gbps над связью короткой достигаемости. XSR все еще в форме черновика.

Несколько путей снабдить chiplets и XSR в сетевом оборудовании. Например, большое ASIC разделено в 2 более небольших плашки, которая подключены используя связь XSR.

В другом примере, большой блок SerDes прекращан в 4 более небольшой I/O умирает. После этого, в MCM, ASIC сидит в середине, которая окружена 4 более небольшими chiplets I/O.

FIG. 2: Пример переключателя SoC локальных сетей требуя взаимодействия плашк-к-плашки. Источник: Synopsys

К тому же, создатель прибора смог интегрировать оптически двигатели с обломоком ASIC переключателя в MCM.

«Много жужжание индустрии о со-упакованной оптике,» Трейси сказало. «Я говорю о возможности двигать далеко от pluggable оптически приемопередатчиков на лезвии стороны переключателя к иметь оптически двигатель установил сразу на переключая кремнии. Вам нужно маломощное высокоскоростное соединение. Фокус этого обсуждения развитие XSR OIF.»

Принятие chiplets будет зависеть от применения. В некоторых случаях, ASICs все еще имеет смысл. Несколько факторов здесь, как цена и выход. «Оно совсем об уменьшении расхода энергии,» Трейси сказало.

«Польза chiplets позволяет уменьшить основное умирает размер, который нужно приспосабливать в пределы размера перекрещения. Но большинств ICs нет ограничиваемого перекрещения. Так этот аргумент только работает для небольшое количество ICs. Убедительный довод который не применяется к большинств дизайнам,» согласно одному специалисту. «Если вы разделяете дизайн в 2, то вы получаете 2X номер плашки в вафлю. Принимающ дефекты „d“ в вафлю относительно постоянн, тогда ваш выход идет от X-D к 2X-D. Конечно, оно принимает дважды так много умрите в пакет, поэтому ваш эффективный выход (2X-D)/2 = X-D/2. Вы эффектно резали дефекты в половине за счет более сложные 2 умираете против одного умираете пакет. По мере того как технология упаковки мульти-плашки улучшает с течением времени, это будет из вопроса.»

Умные стекла
Эти решения могут работать для шестерни сети, но потребительский рынок имеет различные требования, особенно для новых и вытекая продуктов.

Например, в НИОКР, несколько компаний начинают стекла следующего поколени умные или стекла AR/VR. Виртуальная реальность (VR) позволяет потребители испытать виртуальные окружающие среды 3D. Увеличенная реальность (AR) принимает компьютерные изображения и верхние слои они на системе.

Если технология работает, то стекла AR/VR смогли быть использованы для поиска данных, распознавания лиц, игр и перевода языка. Они также смогли запроектировать представление или клавиатуру на поверхности.

«[AR/VR] и их различные приборы только в начале их путешествия, который нужно стать платформой следующего поколени вычисляя,» сказал Chiao Liu, директор и ученого исследования на лабораториях реальности Facebook, в бумаге на IEDM last year.

Начинать полезную и недорогую пару умных стекел нет простой задачи. Эти продукты требуют новых маломощных обломоков, дисплеев и интерфейсов. В этих стеклах, программы активированы используя голос, пристальный взгляд глаза, и движения головы/тела. Вся из этих технологий должны быть безопасна.

«Мы идем резкие улучшения по всем направлениям,» сказал Рон Ho, директор инженерства кремния на Facebook, в представлении на IMAPS2020. «Мне нужно гораздо больше представление по отношению к силе чем я могу вытерпеть в системах сегодня. Вообще, мне нужно побежать вещи более быстро с более низкой латентностью.»

Для того чтобы включить умные стекла на правом форм-факторе, упаковка IC ключ. «Я должен управлять пакетами которые включают вещи как увеличенное представление и более низкая латентность,» Ho сказал. «Вы не можете принудить обломоки для того чтобы пойти над трассировкой мульти-дюйма и сгореть пук силы на PCIe. Но довольно вы со-пакет они и положить их рядом друг с другом. И через TSVs, они имеют гораздо выше ширину полосы частот и соединения высокого класса исполнения.»

На IEDM, Facebook показал некоторые ключи о своих стеклах AR/VR, которые в НИОКР. В бумаге, Facebook конспектировал развитие технологии интерфейса зрения компьютера для стекел AR/VR. Основная технология предварительный датчик изображения CMOS.

Датчики изображения CMOS обеспечивают функции камеры в смартфонах и других продуктах. Но стандартные датчики изображения не адекватны для стекел AR/VR. Что необходимо оптимизированные машин-восприятием датчики изображения с предварительной упаковкой. В бумаге, Facebook описал датчик изображения 3-слоя. Первый слой датчик изображения с устройством обработки данных, следовать процессором комплексирования, и после этого облако вычисляет платформу.

Facebook также упомянул медный гибридный выпуск облигаций. Для этого, плашки штабелированы и подключены используя метод диффузионного соединения мед-к-меди. Он неясен если Facebook пойдет вниз с этого маршрута, то но гибридный выпуск облигаций известная технология в мире датчика изображения.

Военный/космический
На десятилетия, между тем, министерство обороны США (DoD) узнало что технология обломока необходима для военного превосходства США. Для различных систем, оборонительное сообщество использует обломоки и на выдвинутых и зрелый узлах. Упаковка также ответственная часть уравнения.

Военный/космический включает множество клиентов с различными требованиями, хотя некоторые общие темы здесь. «Мы обслуживаем много различные участки,» Molitor Quik-Пак сказал. «Мы обслуживаем mil/aero индустрию. Mil/aero программы клонят бытьживым. Они использованы к общаться с компонентами которые должны работать на 20 до 30 лет.»

Mil/aero клиенты смотрят на другие проблемы. Как с производством невоенной продукции, цена начинать предварительное дорого стоит обломоков, но преимущества сжимают на каждом узле. Плюс, тома относительно низки для оборонительного сообщества.

Временами, оборонительное сообщество использует плавильни non-U.S. для того чтобы получить предварительные обломоки, но оно предпочитает использовать береговых поставщиков в целях безопасности. Mil/aero клиенты хотят доверенную и уверенную схему поставок для обоих обломоков и пакетов.

Тем не менее, DoD ищет альтернативные подходы за шкалированием обломока, а именно неоднородными интеграцией и chiplets.

Например, Intel недавно наградил новый контракт для усилия chiplet DoD нового, вызвал современную неоднородную программу прототипа интеграции (КОРАБЛЯ). Под планом, Intel устанавливал новую реальность США коммерчески вокруг chiplets. Эта программа дает клиентам доступ к возможностям Intel упаковывая, включая DoD и оборонительное сообщество.

Различные части к программе КОРАБЛЯ. Пока Intel выиграл цифровую часть программы, наградило Qorvo часть RF проекта КОРАБЛЯ. Под этим проектом, Qorvo настроит комплексное конструирование RF неоднородные, продукцию и центр прототипирования в Техасе. Этот центр главным образом будет служить оборонительное сообщество.

Qorvo ново к mil/не aero. В течение многих лет, поставщик приборов RF и другие продукты обеспечивают и плавильню и обслуживания упаковки для mil/aero и производства невоенной продукции. Компания развивает приборы основанные на нитриде галлия (GaN), арсениде галлия (GaAs) и других процессах.

В mil/aero, упаковывая требования изменяли с годами. «Когда я сперва начал работать для Qorvo много лет назад, никто хотело, чтобы мы отправили их упаковало части. Mil/aero, который хотят обнаженные умирают,» сказал декану Бел, директору обороны и космической стратегии рынка на Qorvo. «Мы видели изменение рынка от военн-космического типа рынка, который обнаженная плашка, к упаковывая и упаковывая интеграции. Упаковка экологически крепка чем она был лет назад. Мы делаем много упаковку для mil/aero в разнообразие различных пакетах, в зависимости от уровней силы, тепловыделения и робастности для вибрации.»

Под программой КОРАБЛЯ, Qorvo обеспечит неоднородные обслуживания упаковки используя приборы основанные на GaN, GaAs и кремнии. Цель встретить чего DoD вызывает SWAP-C, акронимом который обозначает требования к размера, веса, силы и цены для пакетов в различных применениях, как системы радиолокатора фазировать-массива, беспилотные корабли, платформы радиоэлектронной войны и спутники.

Зацеплена программа КОРАБЛЯ для упаковки, хотя Qorvo обеспечит универсальный магазин. Она будет продолжаться обеспечить плавильню и обслуживания упаковки для mil/aero клиентов. «Мы моделируем его после нашей модели плавильни. Мы используем такой же вид типа открытого доступа модели. И это было бы обслуживанием. Вы смогли конструировать в нашей плавильне. И после этого вы смогли сказать, „можете вы принять те части и после этого кладете их в пакет? „Так это добавление или расширение нашей настоящей возможности,» Бел сказало.

Между тем, mil/aero включают изготовленную на заказ работу. Каждый клиент может иметь различные упаковывая требования с различными проблемами.

Примите RF, например. «Одна из проблем которые вы имеете в общине RF, как только вы кладете прибор в пакет, оно изменяет представление RF,» Бел сказало. «Вы должны конструировать ваши обломоки и ваше MMICs для приспособления внутри этих пакетов, и для того чтобы выполнить как близко как вы по возможности можете к их первоначальному запланированному представлению.»

Имея это в виду, превращаться chiplets моделирует вокруг RF легче сказал чем сделано. «(КОРАБЛЬ) целит для использования GaN, GaAs и кремния. Они также совсем будут интегрированы внутрь этих неоднородных пакетов,» Бел сказало. «Высокая в частоте вы идете, более трудным оно будут, что делает типа chiplet дизайн. Это одна из областей что мы исследуем как часть КОРАБЛЯ. Это делает чего правительство вызвало бы типа chiplet дизайна. И это совершенно не определено пока.»

Заключение
Множество других рынков которые ожидано, что нажимают к более неоднородной интеграции. Компьютеры Mac Яблока низкого уровня двигают к внутренне развитому процессору M1 который интегрирует ядри C.P.U., графики, двигатель машинного обучения в «подгонянном пакете,» согласно компании.

Это как раз начало, тоже. Новые возможности для упаковывать в других рынках, как 5G, AI, мобильное, и множество проблем, который нужно пойти вместе с ними. Но кажется, что будет никакой недостаток возможности держать индустрию занятым, между новыми и монументальными изменениями случаясь в рынке. (От Марк LaPedus)