Intel打造Foveros 3D封裝:不同工藝、芯片共存
越來越艱難的工藝製程,越來越複雜的芯片設計,未來何去何從?作為行業龍頭,Intel在設計全新CPU、GPU架構和產品的同時,也提出了一種新的、更靈活的思路。架構日活動上,Intel展示了一種名為“Foveros”的全新3D芯片封裝技術,首次為CPU處理器引入3D堆疊設計,可以實現芯片上堆疊芯片,而且能整合不同工藝、結構、用途的芯片,相關產品將從2019年下半年開始陸續推出。
Intel表示,該技術提供了極大的靈活性,設計人員可以在新的產品形態中“混搭”不同的技術專利模塊、各種存儲芯片、I/O配置,並使得產品能夠分解成更小的“芯片組合”。
Intel首先回顧了一下近些年新工藝推進的艱難,尤其是針對高性能的計算芯片,14nm工藝已經沿用了長達四年,這在以往是不可想像的。
不過,Intel的每代工藝並不是只有一種,而是會針對不同用途的芯片進行不同優化,比如I/O芯片組,其實就在一直進化。
針對下一代工藝規劃,Intel劃分出了三個層次,首先是針對計算的1274 10nm工藝,後續會優化為1274.7、1274.12(10nm+、10nm++),而針對I/O的則是1273,針對新的Foveros則設計了P1222,短期內不需要進一步優化。
再往後,計算芯片會進入1276 7nm工藝世代,IO、Foveros也會同時演進,至於再往後的1278計算芯片工藝,目前還在探索中,不出意外應該對應5nm。
Intel表示,不同用途芯片或者功能模塊對晶體管密度的需求是截然不同的,性能、功耗、成本也相差很大,因此所有芯片模塊都使用同一種工藝不會達到最佳效果,尤其是新工藝越來越難,都硬上新工藝不值得,也越來越不容易做到。
Intel此前推出EMIB(嵌入式多芯片互連橋接)2D封裝技術,正是出於這樣的目的,典型產物就是整合封裝了AMD Vega GPU圖形核心的Kaby Lake-G處理器。
Foveros則升級為3D封裝,將多芯片封裝從單獨一個平面,變為立體式組合,從而大大提高集成密度,可以更靈活地組合不同芯片或者功能模塊。
這就是3D Foveros 3D封裝的結構示意圖:最下邊是封裝基底,之上安放一個底層芯片(Bottom Chip),起到主動中介層(Active Interposer)的作用 ——AMD Fiji/Vega核心整合封裝HBM顯存就有類似的存在。
中介層之上就可以放置各種不同的新品或模塊,比如CPU、GPU、內存、基帶……
而在中介層裡有大量的TSV 3D矽穿孔,負責聯通上下的焊料凸起(Solder Bump),讓上層芯片和模塊與系統其他部分通信。
目前,Intel已經有了Foveros芯片樣品,並稱已經做好了規模量產的準備,明年就會推出第一款產品,就是上邊這個小傢伙,Intel稱之為“混合x86處理器”(Hybrid x86 CPU)。
這顆小芯片的長寬尺寸只有12×12毫米,高度僅僅1毫米,還沒一枚硬幣大,但內部3D堆疊封裝了多個模塊。
基底之上是P1222 22FFL(22nm工一種)工藝的IO芯片,低成本、低漏電。
之上是P1274 10nm工藝計算芯片,也就是傳統CPU,內部整合了一個Sunny Core高性能核心、四個Atom低功耗核心(或許是Tremont新架構)。
再往上甚至還有PoP整合封裝的內存芯片。
Intel宣稱,它的待機功耗只有區區2mW,也就是0.002W,最高功耗也不超過7W,很顯然是針對移動平台的,而且不需要風扇,但具體目標設備並沒有說。
再來看看這顆處理器的內部組成:右上角就是單個Sunny Cove CPU核心,有專屬的0.5MB MLC中級緩存,左上角是LPDDR4X控制器,位寬是四通道的4×16-bit,以及四個小的CPU核心,共享1.5MB二級緩存。
中間是4MB末級緩存,而下方則分佈著低功耗版本的11代核顯(64個EU單元)、11.5代顯示控制器、DisplayPort 1.4控制器,以及其他各種模塊。
不過,現場的展示樣機平台上還用著小風扇,另外可以看到PCI-E M.2接口、UFS閃存、幾個SIM連接器—— 難道Intel又想重新殺入手機處理器?