Processador de PC de 10 nm da Ice Tips da Intel
https://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1334158&page_number=2
Intel revela 10 processos de 22 nm
https://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1331531&page_number=2#
Kanter elogiou o avanço do transistor COAG da Intel. No entanto, até que a empresa publique como ela fabrica dispositivos COAG, não será claro se ela pode usar o design como uma nova maneira de otimizar a resistência de contato e, assim, diferenciar seus processos.
Visão da Intel sobre a Revolução Chiplet
Ramune Nagisetty está ajudando a Intel a estabelecer seu lugar em um novo ecossistema da indústria centrado em chiplets
https://spectrum.ieee.org/tech-talk/semiconductors/processors/intels-view-of-the-chiplet-revolution
Chiplets são uma maneira de fazer sistemas que executam muito como se fossem todos um chip, apesar de serem compostos por vários chips menores. Eles são amplamente vistos como uma parte do plano da indústria de computação para manter os sistemas funcionando melhor e melhor, apesar do fato de que o tradicional
escore Lei de Moore está chegando ao fim . Os defensores dizem que os benefícios incluirão sistemas mais especializados e maior rendimento, entre outras coisas. Mas o mais importante, eles podem levar a uma grande mudança na indústria de semicondutores, onde o produto final pode se tornar um pequeno e especializado chiplet destinado a ser combinado no mesmo pacote com um processador de uso geral e muitos outros chiplets especiais.
Ramune NagisettyEngenheiro principal e diretor de integração de processos e produtos do grupo de desenvolvimento de tecnologia da Intel em Oregon, tem trabalhado para ajudar a desenvolver um ecossistema chiplet de toda a indústria. Ela disse ao
IEEE Spectrum sobre isso e as
tecnologias da
Intel envolvidas em 21 de março de 2019.
Ramune Nagisetty em:
Quais são os chiplets?
chiplets são e diria por que eles estão se tornando importantes?
Ramune Nagisetty: Um chiplet é uma peça física de silício. Ele encapsula um subsistema IP (propriedade intelectual). E foi projetado para integrar-se a outros chiplets por meio da integração em nível de pacote, normalmente por meio da integração avançada de pacotes e do uso de interfaces padronizadas.
Por que eles estão se tornando importantes? É porque não existe uma abordagem única que funcione mais. Temos uma explosão nos diferentes tipos de computação e cargas de trabalho, portanto, há várias arquiteturas diferentes que estão surgindo para oferecer suporte a esses diferentes tipos de modelos de computação. Basicamente, a integração heterogênea da melhor tecnologia é uma maneira de continuar as tendências de desempenho da lei de Moore.
IEEE Spectrum: Quando você fala sobre tecnologias heterogêneas, você também quer dizer materiais semicondutores além do silício?
Nagisetty: Eu diria que não é necessariamente apenas silício, haverá outros tipos de tecnologias semicondutoras também. Você pode incluir coisas como tecnologias baseadas em germânio ou III-Vs. No futuro, teremos tipos mais variados de tecnologias de semicondutores. Hoje, é principalmente silício.
Mesmo com apenas chiplets baseados em silício, eles certamente estarão em diferentes nós de tecnologia. Eles geralmente são ajustados para melhor desempenho em diferentes áreas - seja digital, analógica, RF ou, por exemplo, tecnologias de memória.
A memória de alta largura de banda, ou HBM, é essencialmente um dos primeiros pontos de prova da integração em pacotes de silício heterogêneo. A memória é essencialmente o primeiro tipo de integração heterogênea que está realmente ganhando força usando a embalagem avançada.
IEEE Spectrum: A maneira da Intel conectar os chiplets é chamada de
ponte integrada de interconexão de vários terminais . Por favor, diga-nos o que é e como funciona.
Nagisetty: Você pode pensar nisso como uma ponte de alta densidade conectando dois chiplets juntos, que é essencialmente a melhor maneira de descrevê-lo. Eu acho que muitas pessoas estão familiarizadas com a idéia de usar um interposer de silício como um substrato de embalagem avançado. [Os interposers de silício são substratos de silício com interconexões densas e
vias de silício integradas nelas. Eles permitem conexões de alta largura de banda entre os chips.]
Imagem: Intel
Um EMIB [círculo] conecta-se a chips dentro do mesmo pacote usando interconexões de alta densidade. Os solavancos de conexão que ligam os chips ao EMIB têm um pitch muito mais fino do que os solavancos normais [bottom left].
O que é um EMIB é, essencialmente, um pedaço muito pequeno de um interposer de silício que possui interconexões de densidade muito alta e o que chamamos de microbumps em uma densidade muito maior do que você encontraria em um substrato de embalagem padrão. [Microbombas são pequenas bolas de solda que ligam um chip a outro chip ou a interconexões de alta densidade de um pacote.]
Esse EMIB ou bridge é essencialmente incorporado em um substrato de embalagem padrão. Com o EMIB, você é essencialmente capaz de obter a maior densidade de interconexão exatamente onde precisa e, em seguida, pode usar um substrato de embalagem padrão para o restante da interconexão.
Há muitos benefícios em fazer isso dessa maneira. Um deles é custado porque o custo de um interposer de silício é proporcional à área desse interposer. Então, neste caso, localizamos realmente a interconexão de alta densidade na área onde é necessária. E também há benefícios em termos de perda geral de inserção - a atenuação do sinal devido às propriedades do material - usando um substrato de embalagem padrão em vez de um intermediário de silício.
IEEE Spectrum: O que a Intel usou o EMIB até agora?
Nagisetty: A Intel na verdade tem várias soluções chiplet demonstradas, e eu gostaria de falar sobre cada uma delas, porque acho que ajuda a esclarecer o que eu acho que são as três direções diferentes que os chiplets seguirão.
A Intel tem duas soluções baseadas no EMIB atualmente, mas são muito diferentes. O primeiro é o
Kaby Lake-G , e é basicamente onde integramos uma GPU AMD Radeon e uma memória de alta largura de banda [HBM] com nosso chip de CPU. Usamos o EMIB para integrar a GPU e a HBM, usando uma interface da HBM dentro do pacote. E então usamos
PCI Express , que é uma interface padrão de placa de circuito, dentro do pacote para integrar a GPU e a CPU.
O que é realmente interessante sobre essa solução é que estamos usando silício desenvolvido externamente a partir de várias fundições e estamos usando interfaces padrão da indústria comuns - HBM e PCI Express - para criar um produto de primeira classe. Nesse caso, pegamos um componente (GPU com HBM) que era capaz de ficar sozinho em uma placa e o integramos em um pacote. O PCI Express foi projetado para enviar sinais por longas distâncias mais típicas de uma placa. Quando você coloca dentro de um pacote, na verdade não é necessariamente uma solução ideal, mas é uma solução rápida porque estamos utilizando interfaces que já existem na indústria.
IEEE Spectrum: Qual a vantagem desta integração?
Nagisetty: Neste caso, o que ganhamos é um enorme fator de forma, ou tamanho, melhoria. Para jogos móveis, caber dentro de um design de laptop é realmente importante. Essencialmente, você está sempre negociando fator de forma, poder e desempenho um do outro. Portanto, neste caso, ele é realmente otimizado para ter uma solução de primeira classe no menor tamanho possível.
IEEE Spectrum: Qual é o outro exemplo chiplet que você queria descrever?
Nagisetty: A próxima coisa que eu gostaria de falar é sobre o FPGA Stratix 10, que na verdade foi a primeira demonstração da solução EMIB da Intel. O Stratix 10 tem um FPGA da Intel no centro dele. E então tem seis chiplets em torno do FPGA. Quatro deles são chiplets transceptores de alta velocidade, e dois deles são chiplets de memória de alta largura de banda, e todos eles são montados em um pacote. Este exemplo integra seis diferentes nós de tecnologia de três fundições diferentes; então é mais uma prova de interoperabilidade em termos de diferentes fundições.
Imagem: Intel
A Intel Stratix 10 é um excelente exemplo do uso de EMIBs para conectar chiplets em um pacote.
A segunda coisa é que ele usa uma
interface die-to-die padrão da indústria chamada AIB, que é o Advanced Interface Bus da Intel. Ele foi criado para este produto e é essencialmente a semente de um padrão de mercado para uma interconexão de lógica para lógica de alta largura de banda dentro do pacote. Portanto, o HBM é o primeiro padrão para integração de memória e o AIB é o primeiro padrão para integração lógica.
O AIB é uma interface que pode ser usada com a solução EMIB da Intel e com soluções concorrentes, como interpositores de silício. Mas o que é realmente bom nessa interface e o FPGA no centro desse ecossistema é a abordagem de combinação e combinação que é possível. Há muitas empresas diferentes e muitas universidades diferentes que estão criando chiplets usando o AIB por meio de um esforço patrocinado pelo programa CHIPS (
Integração Heterogênea Comum e Reutilização de Estratégias de IP ) da DARPA .
Foveros , da Intel , que é o nosso empilhamento de lógico de lógica lógica, e que foi falado pela primeira vez em dezembro e depois o produto, chamado
Lakefield, foi anunciado em janeiro na CES . Esta é a integração do chiplet, mas em vez do empilhamento horizontal, é o empilhamento vertical.
Esse tipo de integração permite que você obtenha uma largura de banda extremamente alta entre os dois chiplets. Mas ele é baseado em interfaces proprietárias internas e os dois morrem são essencialmente co-projetados porque precisam ser planejados juntos para gerenciar coisas como distribuição de energia e térmicas.
Para o empilhamento lógico de matrizes lógicas, provavelmente será um prazo muito maior antes de vermos os padrões emergentes na área da indústria, porque os moldes são essencialmente co-projetados juntos. O empilhamento de memória no topo da lógica provavelmente será o primeiro lugar onde qualquer tipo de padrão se desenvolve para o empilhamento tridimensional.
/ P1274 é o nome da Intel para o seu processo de 10nm de alto desempenho. P1222 é o seu processo 22FFL (22nm, FinFET, Low Power), que é otimizado para vazamento de corrente muito menor. Assim como a conexão Foveros entre os módulos de computação e de E / S, o produto usará a memória empacotada convencional em pacote-em-pacote.
O smicrobumps da
Enlarge / Foveros permitem comunicação cara a cara entre os dados.
Diagrama de vista lateral da tecnologia de empacotamento Foveros 3D da Intel. (Fonte: Intel)
IEEE Spectrum: Ao projetar para chips empilhados, quais são algumas das coisas que você deve observar?
Nagisetty: Problemas térmicos são os principais. Como você pode imaginar, o empilhamento de folhas exacerba qualquer tipo de problema térmico. Então, precisamos fazer um planejamento cuidadoso do piso para acomodar os pontos de acesso térmicos. Também precisamos considerar a arquitetura de todo o sistema. As implicações do uso do empilhamento 3D levarão até as decisões arquiteturais, não apenas a arquitetura física, mas toda a CPU ou GPU e a arquitetura do sistema.
IEEE Spectrum: Que tipos de padrões ainda são necessários para avançar os chiplets?
Nagisetty: Os padrões do setor em relação aos testes são realmente importantes. Normalmente, fazemos testes com peças totalmente empacotadas. Precisamos ser capazes de colocar “bons dados conhecidos” (chiplets que sabemos que funcionam) dentro de um pacote, para que não acabemos inadvertidamente com a queda do rendimento devido a um único chiplet ser ruim e os outros chiplets serem bons. Então, precisamos de uma estratégia para bons dados conhecidos e precisamos de uma estratégia para teste.
Outra coisa que precisamos é de suporte a vários fornecedores para gerenciamento de energia e térmica. Isso significa ser capaz de ter ganchos em todos os chiplets integrados para gerenciar energia e gerenciar térmicas.
E, em termos de intraoperabilidade elétrica, a AIB - a interface que lançamos em julho passado - é realmente apenas um padrão no que chamamos de nível PHY, que é a interface física e elétrica. Mas precisamos ter padrões que também percorram os protocolos da camada superior.
Eu acho que o último, e pode parecer óbvio, é um padrão mecânico - literalmente a colocação de microbombas e roteamento entre padrões de necessidades de microbombas para suportar a interoperabilidade.
Foto: Intel
Ramune Nagisetty
IEEE Spectrum: Você pode nos contar um pouco mais sobre o problema do “conhecido bom die” e como os testes terão que ser diferentes com os chiplets?
Nagisetty: Bem, é realmente muito diferente, porque a capacidade de garantir completamente o Known Good Die é geralmente baseada em testes a quente de uma parte empacotada. Portanto, com os chiplets agora você tem que ser capaz de testar essencialmente os chips mortos antes de serem empacotados - no mesmo nível de capacidade. É mais fácil testar peças empacotadas, facilitar a entrega de energia e assim por diante. Quando você faz isso com o dado desencapado, você tem desafios com sondagem, porque você tem os pads extras que você precisa para configurar as sondas.
A outra coisa é que qualquer coisa que você precise para testar se ela morrer independentemente, seja um relógio ou qualquer outro tipo de garantia para poder testar completamente cada chiplet, precisa ser projetada no chiplet. Os chiplets não podem ser co-dependentes uns dos outros para testá-los. Eles precisam ser totalmente testados individualmente antes de serem empacotados.
Há trabalho acontecendo nesta área. E é extremamente importante porque, você pode imaginar, no momento em que você tem uma parte embalada com muitos chiplets dentro dele, há muito valor nessa parte empacotada. E se qualquer um desses chiplets for ruim e não for redundante ou consertável, então você essencialmente descartou muitos outros chiplets que têm valor.
IEEE Spectrum: Não é um dos benefícios propostos de chiplets que eles levam a um melhor rendimento, porque eles são fisicamente menores e, portanto, menos propensos a erros?
IEEE Spectrum: Como o chiplets mudará a maneira como as coisas são projetadas?
Nagisetty: A integração de memória de alta largura de banda é realmente o primeiro ponto de prova, e já está sendo amplamente usada em GPUs e também com processadores AI em sistemas de alto desempenho. Portanto, neste caso, as chiplets e a integração de pacotes de memória já estão mudando a maneira como os chips são projetados e integrados.
Co-design de chiplets certamente será uma área importante que se desenvolverá. O que eu realmente acho que vai acontecer é que teremos vários fornecedores fornecendo chiplets. E então, quais são os limites arquitetônicos? E como projetamos os melhores produtos baseados nos blocos de construção que temos? Nós estamos realmente apenas no começo do que eu acho que é uma revolução. Um novo ecossistema da indústria se desenvolverá em torno disso.
Ser capaz de compreender o tipo de requisitos necessários dos diferentes fornecedores de chiplets e ser capaz de se comunicar através desses limites será muito importante. Ferramentas e metodologias de simulação serão importantes para trabalhar no que pensamos como fronteiras tradicionais. Então, sim, isso vai mudar a forma como projetamos os chips ou projetamos as partes empacotadas, e isso definitivamente mudará como o ecossistema semicondutor evolui com o tempo.
IEEE Spectrum: Você pode falar um pouco mais sobre esse ecossistema? Se você é uma startup fabless daqui a 10 anos, como é? Como a revolução do chiplet pode mudar o que essas empresas realmente tentam fazer?
Nagisetty: Eu acho que este é realmente um momento realmente empolgante para startups fabless, precisamente por causa da possibilidade de criar um subsistema IP menor que pode ser extremamente valioso quando é integrado usando uma abordagem chiplet.
Um dos objetivos do programa DARPA CHIPS é essencialmente apoiar a reutilização de propriedade intelectual e também reduzir o custo geral de engenharia não recorrente da produção de um produto. A abordagem chiplet permite que uma startup fabless foque na parte do IP que é extremamente boa, e não necessariamente se preocupa com o resto.
Eu penso na abordagem chiplet como um kickstart para startups fabless, e isso também faz parte de uma coisa maior que a DARPA está patrocinando, que é a
ERI, ou a Iniciativa de Ressurgimento da Eletrônica, porque como o número de empresas que são capazes de suportar desenvolvimento de tecnologia de semicondutores de ponta caiu ao longo dos anos, a capacidade de pequenas empresas para inovar nesse mercado sofreu. Isso essencialmente abre caminho para muito mais inovação e, especificamente, de startups sem fabulação. Eu acho que isso vai ser uma plataforma para a inovação avançar, e isso será muito importante para a indústria. E é por isso que acho que é um momento super emocionante em termos da indústria de semicondutores, porque vamos ver muitas mudanças e muitas oportunidades se desenvolvendo com isso.
IEEE Spectrum: Com que rapidez os chiplets se desenvolverão até chegarmos ao ponto em que startups e empresas menores possam participar efetivamente?
Nagisetty: Então há algumas coisas que aconteceram recentemente. Há um novo fórum do setor chamado
ODSA, que é o projeto Arquiteturas Específicas de Domínio Aberto . E está se tornando parte de uma colaboração em toda a indústria chamada de Projeto Open Compute. As empresas estão chegando às reuniões da ODSA e falando sobre seus interesses em usar a integração em nível de pacote e uma abordagem chiplet. Há também o recente anúncio do
link compute express [CXL ], como uma interface coerente para aceleradores.
Parece que muitas coisas estão acontecendo rapidamente em apoio a esse novo tipo de ecossistema, baseado em aceleradores e baseado na integração de pacotes. Eu não posso realmente olhar em uma bola de cristal e dizer exatamente quanto tempo levará. Mas suspeito que não demorará tanto, talvez alguns anos. E, em alguns casos, estamos vendo os primeiros pontos de prova que já estão acontecendo.
IEEE Spectrum: Os chiplets precisarão de algum tipo de inteligência integrada no substrato ou no pacote, eventualmente?
Nagisetty: Bem, acho que vamos ver como isso evolui. Eu acho que é realmente uma decisão arquitetônica. Eu acho que há uma grande variedade de possibilidades aqui. E quando você fala sobre colocar inteligência no substrato, você pode ter um substrato que é inteligente empilhado em outro substrato que é puramente apenas uma interconexão. Portanto, haverá hierarquias e talvez até mesmo um tipo de substrato híbrido em que você tenha algum tipo de inteligência, mas talvez em um nó de tecnologia muito mais antigo que seja realmente otimizado para algo totalmente diferente.
IEEE Spectrum: Então, o que vem a seguir no desenvolvimento de tecnologia chiplet na Intel?
Nagisetty: Bem, o que posso dizer é que as coisas que já mostramos no mercado são os principais exemplos de como iremos criar virtualmente todos os nossos produtos no futuro. Temos muita pista com cada um desses esquemas de integração, e estamos apenas começando nessa direção. Mas com essas tecnologias no nosso plano de jogo, estamos realmente bem posicionados para avançar nas próximas gerações.
Etapas da Intel para integração heterogênea
https://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1334073
A Intel afirma que ter tecnologias de empacotamento 2D e 3D dá a flexibilidade de combinar pequenos pacotes de IP para atender às demandas de uma variedade de aplicações, envelopes de energia e fatores de forma. (Fonte: Intel)