TSV, Silikon Yoluyla Vias’ın Açıklanması ve Kullanışlılığı

Donanım dünyasında, bir belleğin bant genişliği, bir işlemcinin saat döngüleri, bir işlemcinin saniyede kaç kez bir hesaplama türü yaptığı vb. Gibi hız oranları ile ilgili terimlerden bahsedilir. ama çok nadiren kendimize çiplerin birbirleriyle nasıl iletişim kurduğunu ve bunun önemli olup olmadığını soruyoruz.

TSV

Bu yazıda, çipler ne olursa olsun birbirleriyle iletişim kurmak için kullanılan TSV adlı bir teknolojiden bahsedeceğiz.

Silikon veya TSV yolları nelerdir?

Yollar

Çoğu anakarta bakarsak iki şey görebiliriz: Birincisi, çipler arasındaki çoğu bağlantının yatay olmasıdır, bu da çipler arasında sinyal gönderen kart üzerindeki yolların yatay olarak iletişim kurduğu anlamına gelir.

Ardından, soket dediğimiz bir araya yerleştiricinin üzerine yerleştirilen ve işlemcilerin üzerlerine dikey olarak bağlandığı CPU’lar var.

Soket CPU

Ancak genel olarak zamanın% 99’unda, genellikle birbirine dikey olarak bağlı hiçbir yonganın olmadığını gözlemliyoruz ve yongaların ve işlemcilerin tasarımının bu yönde gelişmesine ve piyasada bu türden bazı örnekler zaten mevcut olmasına rağmen . Ancak iki veya daha fazla çipi dikey olarak birbirine bağlamak için bunu nasıl yaparız?

TSV

Pekala, tam olarak bu, silisyumdan geçen yollar denen, yığını oluşturan aynı çipin farklı yongaları veya katmanlarını dikey olarak geçen yollarla yapılır, bu yüzden bunlara “içten” silikon deniyor çünkü kelimenin tam anlamıyla geçerler.

TSV kullanmanın uygulamaları ve avantajları

RAM İletişimsel 3DIC

TSV’nin uygulamalarından biri, birkaç farklı yonga üzerinde farklı parçalardan oluşan karmaşık işlemcilerin ayrılmasına izin vermesi ve ayrıca dikey bağlantının daha fazla bağlantıya izin vermesi ve bu da bir Very’ye ihtiyaç duymadan daha yüksek bant genişliğine ulaşılmasına yardımcı olmasıdır. veri aktarımı sırasında güç tüketimini artıran yüksek saat frekansı.

Örneğin, gelecekte, aynı bant genişliğine sahip ancak birkaç kat daha fazla depolama kapasitesine sahip, son seviye önbelleklerinin çip dışında olacağı CPU ve GPU’ları göreceğiz, bu da performansı büyük ölçüde artıracaktır. Ayrıca, Lakefield SoC’nin iki parçası olan Hesap Çipleti ile Sistem G / Ç’sinin olduğu Temel Kalıp ile iletişim kurmak için TSV kullanan Intel Foveros örneğine sahibiz.

Lakefield Foveros

Bir işlemciyi farklı parçalara bölmenin nedeni, bir yonga büyüdükçe devrede bir hata olasılığının gittikçe artması ve dolayısıyla kullanılabilecek hatasız iyi yongaların sayısının daha az olmasıdır. Başarısız olanların bedelini ödemek zorunda olanlar; Bu, yongaların boyutunu küçültmenin teorik olarak genel maliyeti düşürdüğü anlamına gelir, ancak daha sonra bunun tamamen böyle olmadığını göreceğiz.

HBM ve GDDR

İkinci uygulama işgal edilen alanla ilgilidir; Birkaç yongayı dikey olarak istifleyebilme gerçeği, kartın etrafına dağılmadıkları için kapladıkları alanı büyük ölçüde azaltır, bunun en ünlü örneği, belirli grafik işlemcileri için VRAM olarak kullanılan HBM belleklerdir, ancak bizim gibi başka örneklerimiz de var. Samsung’un birkaç NAND Flash bellek yongasını üst üste yığan V-NAND belleği olarak.

3D NAND

Daha az bilinen diğer seçenekler, belleğin bir işlemcinin üzerine yerleştirildiği mantık ve bellek kombinasyonudur; en iyi bilinen örnek, birkaç yıl önce akıllı telefonlarda ortaya çıkan ve oluşan bir bellek türü olan Geniş I / O bellek. silikon aracılığıyla birbirine bağlanan SoC’nin üstünde bir bellek.

Silikon yollarının benimsenmesi neden bu kadar yavaş?

Asgari ücret

TSV’nin, on yıllardır kağıt üzerinde çok ümit verici bir teknoloji olmasına rağmen, pek başarılı olmadığı ve çok küçük pazarlar için, ancak yüksek marjlarla yonga üretmenin bir yolu olarak kaldığı anlamına gelen, kendine özgü birkaç sorunu var.

  • İlk problemleri, yıllardır TSV’siz cips yapan birçok şirketin üretim hatlarında köklü değişiklikler gerektiren, uygulanması son derece pahalı bir teknolojidir ve birçok uygulama için geleneksel üretim sürecinin yeterince iyi olduğu gösterilmiştir. .
  • İkinci sorun ise, dikey yapıyı oluşturan parçanın bir kısmı tamamen arızalanırsa, tüm yapının atılması gerektiğidir ve bu, TSV ile birbirine bağlanan sistemleri üretmeyi çok daha pahalı hale getirir. HBM bellek örneği bunda önemlidir, maliyeti o kadar yüksektir ki tüketici pazarı için bir bellek olarak geçerli değildir.
  • Üçüncü sorun termal boğulmadır, yongalar belirli sıcaklık koşullarında ulaştıkları saat hızlarına ulaşır, bu da yakında ısı yayan başka bir yonga varsa etkilenir. Örneğin, her biri ayrı ayrı 1 GHz’e ulaşan, ancak bir TSV yapısına dikey olarak yerleştirilen iki işlemcimiz, sıcaklık sorunları nedeniyle her biri yalnızca 0,8 GHz’e ulaşabilir.

Üçüncü nokta, bugün mühendisleri en çok endişelendiren nokta ve yığını oluşturan yongaları olabildiğince soğuk tutmak, termal boğulma sorunlarını önlemek için soğutma mekanizmaları geliştiriliyor.