Multi-Chip-Modul - Multi-chip module
Ein Multi-Chip - Modul (MCM) ist allgemein eine elektronische Baugruppe (wie ein Paket mit einer Anzahl von Leiteranschlüssen oder „pins“ ) , bei der mehrere integrierten Schaltungen (ICs oder „Chips“), Halbleiterwerkzeug und / oder andere diskrete Komponenten sind integriert, normalerweise auf einem einheitlichen Substrat, so dass es im Gebrauch so behandelt werden kann, als wäre es ein größerer IC. Andere Begriffe für MCM-Verpackungen umfassen "Heterogene Integration" oder " Hybrid Integrated Circuit ". Der Vorteil der Verwendung von MCM-Verpackungen besteht darin, dass ein Hersteller mehrere Komponenten für die Modularität verwenden und / oder die Ausbeuten gegenüber einem herkömmlichen monolithischen IC-Ansatz verbessern kann.
Überblick
Multi-Chip-Module gibt es in verschiedenen Formen, abhängig von der Komplexität und Entwicklungsphilosophie ihrer Designer. Diese können von der Verwendung vorgefertigter ICs auf einer kleinen Leiterplatte (PCB) reichen , die den Platzbedarf eines vorhandenen Chippakets nachahmen soll, bis hin zu vollständig kundenspezifischen Chippaketen, die viele Chipchips auf einem HDI-Substrat (High Density Interconnection) integrieren. Das endgültig zusammengebaute MCM-Substrat kann auf eine der folgenden Arten hergestellt werden:
- Das Substrat ist eine mehrschichtige laminierte Leiterplatte (PCB), wie sie in den Zen 2- Prozessoren von AMD verwendet wird.
- Das Substrat ist auf Keramik aufgebaut, wie beispielsweise bei gebrannter Niedertemperaturkeramik
- Die ICs werden unter Verwendung der Dünnschichttechnologie auf dem Basissubstrat abgeschieden .
Die ICs, aus denen das MCM-Paket besteht, können sein:
- ICs, die die meisten, wenn nicht alle Funktionen einer Computerkomponente wie der CPU ausführen können. Beispiele hierfür sind Implementierungen von IBMs POWER5 und Intels Core 2 Quad . Mehrere Kopien desselben IC werden verwendet, um das Endprodukt zu erstellen. Im Fall von POWER5 werden mehrere POWER5-Prozessoren und der zugehörige Off-Die-L3-Cache verwendet, um das endgültige Paket zu erstellen. Mit dem Core 2 Quad wurden effektiv zwei Core 2 Duo-Chips zusammen verpackt.
- ICs, die nur einige der Funktionen oder "Intellectual Property Blocks" einer Komponente in einem Computer ausführen. Diese sind als Chiplets bekannt. Ein Beispiel hierfür sind die Verarbeitungs-ICs und E / A-ICs der AMD Zen 2- basierten Prozessoren.
Die Leiterplatte, die die ICs miteinander verbindet, wird als Interposer bezeichnet . Dies ist oft entweder organisch oder besteht aus Silizium (wie im Speicher mit hoher Bandbreite ). Beide haben ihre Vor- und Nachteile. Die Verwendung von Interposern zum Verbinden mehrerer ICs anstelle des Verbindens mehrerer monolithischer ICs in separaten Gehäusen verringert die zum Übertragen von Signalen zwischen ICs erforderliche Leistung, erhöht die Anzahl der Übertragungskanäle und verringert Verzögerungen aufgrund von Widerstand / Kapazität (RC-Verzögerungen). Die Kommunikation zwischen Chiplets verbraucht jedoch mehr Strom und hat eine höhere Latenz als Komponenten in monolithischen ICs.
Chip-Stack-MCMs
Eine relativ neue Entwicklung in der MCM-Technologie ist das sogenannte "Chip-Stack" -Paket. Bestimmte ICs, insbesondere Speicher, weisen bei mehrfacher Verwendung in Systemen sehr ähnliche oder identische Pinbelegungen auf. Ein sorgfältig entworfenes Substrat kann es ermöglichen, diese Chips in einer vertikalen Konfiguration zu stapeln, wodurch die resultierende Grundfläche des MCM viel kleiner wird (allerdings auf Kosten eines dickeren oder größeren Chips). Da der Bereich bei Miniaturelektronikdesigns häufiger im Vordergrund steht, ist der Chipstapel eine attraktive Option für viele Anwendungen wie Mobiltelefone und persönliche digitale Assistenten (PDAs). Mithilfe einer integrierten 3D-Schaltung und eines Ausdünnungsprozesses können bis zu zehn Chips gestapelt werden, um eine SD-Speicherkarte mit hoher Kapazität zu erstellen. Diese Technik kann auch für Speicher mit hoher Bandbreite verwendet werden .
Die Möglichkeit, die Leistung der Datenübertragung im Chipstapel zu steigern, ist die Verwendung von WiNoC ( Wireless Networks on Chip ).
Beispiele für Multi-Chip-Pakete
- IBM Bubble Memory MCMs (1970er Jahre)
- Wärmeleitungsmodul des IBM 3081- Mainframes (1980er Jahre)
- Supraleitende Multichip-Module (1990er Jahre)
- Intel Pentium Pro , Pentium D Presler, Xeon Dempsey und Clovertown, Core 2 Quad (Kentsfield, Penryn-QC und Yorkfield), Clarkdale , Arrandale und Skylake-U
- Micro-SD-Karten und Sony- Speichersticks
- Xenos , eine von ATI Technologies für die Xbox 360 entwickelte GPU mit eDRAM
- POWER2 , POWER4 , POWER5 und POWER7 von IBM
- IBM z196
- Nintendos Wii U Espresso (Mikroprozessor) verfügt über CPU, GPU und integrierten VRAM (in die GPU integriert) auf einem MCM.
- VIA Nano QuadCore
- Flash- und RAM-Speicher kombiniert auf einem PoP von Micron
- Samsung MCP-Lösungen, die mobilen DRAM- und NAND- Speicher kombinieren .
- AMD Ryzen Threadripper- und Epyc- CPUs basierend auf Zen- oder Zen + -Architektur sind MCMs mit zwei oder vier Chips ( Ryzen basierend auf Zen oder Zen + ist kein MCM und besteht aus einem Chip).
- AMD Ryzen- , Ryzen Threadripper- und Epyc-CPUs, die auf der Zen 2- oder Zen 3- Architektur basieren, sind MCMs mit einem, zwei, vier oder acht Chips, die CPU-Kerne und einen größeren E / A-Chip enthalten
3D-Multi-Chip-Module
Siehe auch
- System im Paket (SIP)
- Hybride integrierte Schaltung
- Chipträger Liste der Chipverpackungen und Verpackungsarten
- Einzelchipmodul (SCM)