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把内存塞进CPU前辈封装有多神奇?_芯片_技巧

神尊大人 2024-12-22 05:46:24 0

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还有不到一个月,英特尔全新一代Meteor Lake系列处理器就要上市了。

作为酷睿品牌下极具里程碑意义的一代产品,这代处理器被英特尔官方寄予厚望,不仅采取了全新的命名规则(酷睿 Ultra),同时还用上了目前最前辈的封装技能。

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就在最近,英特尔正式对外展示了酷睿Ultra 1代处理器的部分技能细节,个中最大的亮点,莫过于处理器中集成的内存了。

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(图片来自网络侵删)

在Foveros封装技能下,这款CPU成品集成了16GB的三星LPDDR5X-7500内存,可供应120GB/s的峰值带宽,乃至比目前顶尖的DDR5-5200与LPDDR5-6400还快。

塞进更多晶体管,全靠3D封装

把内存塞进CPU,这不是英特尔第一次考试测验。
在代号Sapphire Rapids-HBM的 Xeon Max处理器上,英特尔就集成了64GB的HBM2e内存。

这是一款面向高性能打算(HPC)和人工智能(AI)的高性能芯片,拥有56个基于Golden Cove架构的性能内核,在EMIB(Embedded Multi-die Interconnect Bridge,嵌入式多芯片互连桥接)封装技能的帮助下,这些性能内核一共构成了四个集群。

据英特尔称,Xeon Max配备的HBM内存足以知足最常见的HPC事情负载,并且与竞争对手的同类产品比拟中,性能赶过4.8倍。

图 | Xeon Max

大略来说,在CPU内部的低延迟上集成高速的HBM内存,本身就比DDR4、DDR5等内存快上不少,在做事器产品上上风会更大。

而最主要的是,集成了HBM内存的CPU,在价格上也更加优惠。

不过作为一项2.5D封装技能,EMIB技能虽然在散热、本钱等方面具有上风,更适宜高存力、高算力的芯片。
对付制程工艺不断升级的消费级处理器来说,2.5D封装技能并不太适宜。

因此除了EMIB封装技能外,英特尔还推出了3D封装技能Foveros,该技能通过利用硅通孔(TSV),在有源转接板上集身分歧类型的器件,搭配上更加灵巧,同时提高了核心能力。

在2019年,英特尔首次在处理器平台Lakefield上考试测验了Foveros封装技能,在指甲盖大小的芯片内塞进了1颗大核(Sunny Cove架构)和4颗小核(Tremont架构)共计5个核心,以及LPDDR4内存、L2和L3缓存和Gen11 GPU单元,组成了类似手机处理器的SoC系统。

图源网络

从这里就可以出来,在3D封装技能下,全体处理器在嵌入更多模块的条件下,实现了大幅瘦身。

对付长期以来被吐槽“挤牙膏”的酷睿芯片来说,仅凭制程工艺的提升,显然跟不上消费者的需求,因此将前辈封装技能用在新一代芯片上非常好理解。

不过从目前网上透露的数据来看,酷睿14代桌面处理器仍旧只是13代处理器的频率提升版本,因此集成了LPDDR5X内存的Ultra 1代处理器可能并不会这么快就面向消费级市场。

还有多少黑科技?

事实上,英特尔并不是第一家将内存封装到CPU上的芯片厂商,在革命性的苹果M1芯片上,就已经首次集成了LPDDR内存。

虽说该内存并不位于处理器本身内,但从构造上来说,它仍旧属于同一硅片的一部分,因此苹果也成为了环球第一家在客户端 CPU 中利用封装 LPDDR内存的公司。
这背后,同样离不开前辈封装技能的功劳。

除了将内存塞进CPU以外,前辈封装在今年大火的AI芯片上也是发挥了非常大的浸染。

此前,靠着成熟的工艺制程,以及独特的CoWoS(Chip On Wafer On Substrate)封装工艺,台积电一贯为英伟达GPU芯片代工。

该工艺原来为移动端处理器开拓的制程工艺,能够减少芯片70%的体积。
在如今的AI时期,AI芯片对付前辈封装的需求更加急迫。

大略来说,随着运算需求的日益繁芜,异构打算大行其道,更多不同类型的芯片须要被集成在一起,前辈封装通过提升了芯片集成密度和互联速率的做法,大幅提升了干系产品的内存容量和数据传输速率。

因此除了英伟达GPU以外,包括亚马逊AWS、博通、思科和赛灵思在内的芯片厂商,都有非常大的CoWoS封装需求。

而在5G、自动驾驶汽车、物联网技能,以及XR等领域,这些新兴的运用半导体同样对前辈封装需求十分兴旺。

从芯片构造来看,这类芯片须要知足高性能、小尺寸和低功耗等特性,因此须要实现更高密度的集成,并大大减少对面积的摧残浪费蹂躏,从而实现更小体积、更好散热、更高集成度等目标。
相较于传统封装,前辈封装尤其是3D封装在功能和性能上具有非常多的上风。

另一方面,随着半导体运用愈发丰富,前辈封装技能还须要承担一些赞助手段,为芯片设计公司供应思路,降落了晶圆厂的制造门槛。

写在末了

值得一提的是,不少厂商都在积极布局前辈封装技能。
除了英特尔主推的EMIB、Foveros技能以及台积电主推的CoWoS技能以外,台积电旗下还有InFo、SoIC等方案;三星也发展I-cube、X-Cube等前辈封装技能。

而传统的封装巨子也在积极布局前辈封装技能。

可以说,在芯片行业回暖之前,芯片巨子们能度过这个冬天的手段并不多,提前布局前辈封装,为需求爆发打好根本,并不是一件坏事。

本文作者:jh,不雅观点仅代表个人,题图源:网络

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