[📚세미피디아] 칩렛, 멀티칩 모듈이란?

 

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Chiplet

https://www.youtube.com/watch?v=-x9nGo0Ge70&pp=ygUZY2hpcGxldCBtdWx0aSBjaGlwIG1vZHVsZQ%3D%3D

칩렛(Chiplet)이란?

Chiplet - Wikipedia

칩렛(Chiplet)은 잘 정의된 기능의 하위 집합을 포함하는 작은 집적 회로(IC)이다. 단일 패키지의 중간층에 다른 칩렛들과 결합되도록 설계된다. 일련의 칩렛들은 "레고 조립" 방식의 혼합 및 매치 방식으로 구현될 수 있다. 이는 전통적인 시스템온칩(SoC)보다 다음과 같은 여러 가지 장점을 제공한다.

재사용 가능한 IP(지적 재산권): 동일한 칩렛을 다양한 장치에 사용할 수 있다.

이기종 집적: 칩렛들은 각자의 특정 기능에 최적화된 다양한 공정, 재료, 노드로 제작될 수 있다.

Known good die: 조립 전에 칩렛들을 테스트할 수 있어 최종 장치의 수율을 높일 수 있다.

단일 집적 회로에서 협력하는 여러 칩렛은 멀티칩 모듈, 하이브리드 IC, 2.5D IC, 또는 첨단 패키지로 불릴 수 있다.

칩렛들은 UCIe, 와이어 다발(BoW), AIB, OpenHBI, OIF XSR 등의 표준으로 연결될 수 있다. 동일한 회사가 설계하지 않은 칩렛들은 상호운용성을 염두에 두고 설계해야 하는 어려운 과제가 있다.

이 용어는 2006년 버클리 캘리포니아 대학 교수 John Wawrzynek가 에너지 부 RAMP 프로젝트(다중 프로세서 연구 가속기)의 일환으로 고안했으며, RISC-V 아키텍처도 같은 맥락에서 개발되었다.

일반적인 사례로는 Intel Meteor Lake, AMD Ryzen(Zen 2 이후 아키텍처 기반), NVIDIA H100 등이 있다.

https://www.youtube.com/watch?v=ss8eCAVZ7Hg&pp=ygUZY2hpcGxldCBtdWx0aSBjaGlwIG1vZHVsZQ%3D%3D

Multi-chip module

Multi-chip module - Wikipedia

세라믹 멀티칩 모듈로, 중앙에 네 개의 POWER5 프로세서 다이와 주변에 네 개의 36MB L3 캐시 다이가 포함되어 있음

멀티칩 모듈(MCM)은 일반적으로 다수의 도체 단자 또는 "핀"이 있는 패키지와 같은 전자 조립품으로, 여러 개의 집적 회로(IC 또는 "칩"), 반도체 다이 및/또는 다른 이산 소자가 일반적으로 단일 기판 위에 통합되어 있어 큰 IC인 것처럼 사용할 수 있다. MCM 패키징에 대한 다른 용어로는 "이기종 집적" 또는 "하이브리드 집적 회로"가 있다. MCM 패키징을 사용하는 장점은 제조업체가 모듈성을 위해 여러 개의 구성 요소를 사용하거나 기존 단일 IC 방식보다 수율을 높일 수 있다는 것이다.

플립 칩 멀티칩 모듈(FCMCM)은 플립 칩 기술을 사용하는 멀티칩 모듈이다. FCMCM에는 하나의 큰 다이와 여러 개의 작은 다이가 모두 동일한 모듈에 탑재될 수 있다.

https://www.youtube.com/watch?v=NkknclAeUZ8&pp=ygUZY2hpcGxldCBtdWx0aSBjaGlwIG1vZHVsZQ%3D%3D

Overview

멀티칩 모듈은 설계자들의 복잡성과 개발 철학에 따라 다양한 형태로 존재한다. 기존 칩 패키지의 패키지 풋프린트를 모방하기 위해 작은 인쇄 회로 기판(PCB) 위에 사전 포장된 IC를 사용하는 것부터 고밀도 상호 연결(HDI) 기판에 많은 칩 다이를 통합하는 완전 맞춤형 칩 패키지에 이르기까지 다양하다. 최종 조립된 MCM 기판은 다음과 같은 방식 중 하나로 구현될 수 있다.

• 기판은 AMD의 Zen 2 프로세서에 사용된 것과 같은 다층 적층 인쇄 회로 기판(PCB)이다.
• 기판은 저온 동시 소성 세라믹과 같은 세라믹으로 구축된다.
• IC는 박막 기술을 사용하여 기본 기판 위에 증착된다.
• MCM 패키지를 구성하는 IC는 다음과 같다.
• CPU와 같은 컴퓨터 구성 요소의 대부분, 또는 전체 기능을 수행할 수 있는 IC. 이에 대한 예로 IBM POWER5와 Intel Core 2 Quad가 있다.
• 컴퓨터 구성 요소의 일부 기능만 수행하거나 "지적 재산 블록"("IP 블록")인 IC. 이들을 칩렛이라고 한다. AMD의 Zen 2 기반 프로세서의 처리 IC와 I/O IC가 그 예이다.

중간층(interposer)이 IC들을 연결한다. 이는 일반적으로 유기(탄소 포함 적층 회로 기판) 또는 실리콘(High Bandwidth Memory와 같이)으로 만들어진다. 각각 장단점이 있다. 별도의 패키지에 있는 여러 개의 단일 IC 대신 중간층을 통해 여러 IC를 연결하면 IC 간 신호 전송에 필요한 전력이 줄어들고, 전송 채널 수가 늘어나며, 저항-커패시턴스(RC) 지연도 감소한다. 그러나 칩렛 간 통신은 단일 IC 내 구성 요소 간 통신보다 전력 소비가 더 많고 지연 시간도 길다.

Chip stack MCMs

Wireless NoC on  3D integrated circuit

MCM 기술의 새로운 발전으로 "칩-스택" 패키지라 불리는 것이 등장했다. 특정 IC, 특히 메모리는 시스템에서 여러 번 사용될 때 매우 유사하거나 동일한 핀 배열을 가진다. 세심하게 설계된 기판을 통해 이러한 다이들을 수직 구성으로 쌓을 수 있어 결과적인 MCM의 크기가 훨씬 작아질 수 있다(다만 칩이 두껍거나 높아지는 단점이 있다). 소형 전자 기기 설계에서 면적이 더 중요한 경우가 많아 칩-스택은 휴대폰, 개인 디지털 보조기(PDA) 등 많은 응용 분야에서 매력적인 옵션이다. 3D 집적 회로와 박막 공정을 사용하면 10개의 다이를 쌓아 고용량 SD 메모리 카드를 만들 수 있다. 이 기술은 High Bandwidth Memory에도 사용될 수 있다.

칩 스택의 데이터 전송 성능을 높이는 방법은 무선 NoC(Wireless Networks on Chip, WiNoC)를 사용하는 것이다.

https://www.youtube.com/watch?v=9iLFO-ZnguE&pp=ygUZY2hpcGxldCBtdWx0aSBjaGlwIG1vZHVsZQ%3D%3D

Examples of multi-chip packages

• IBM 버블 메모리 MCM(1970년대)
• IBM 3081 메인프레임의 열전도 모듈(1980년대)
• 초전도 멀티칩 모듈(1990년대)
• Intel Pentium Pro, Pentium II OverDrive, Pentium D Presler, Xeon Dempsey, Clovertown, Harpertown 및 Tigerton, Core 2 Quad(Kentsfield, Penryn-QC 및 Yorkfield), Clarkdale, Arrandale, Kaby Lake-G, Crystalwell 모델(GT3e 또는 GT4e 그래픽 포함)
• SD 카드, 마이크로 SD 카드 및 Sony 메모리 스틱
• eMMC 및 eUFS
• Xenos, Xbox 360용 ATI Technologies의 GPU, eDRAM 포함
• IBM POWER2, POWER4, POWER5, POWER7, POWER8 및 Power10
• IBM z196
• Nintendo Wii U Espresso(마이크로프로세서)는 CPU, GPU, 온보드 VRAM(GPU에 통합)이 하나의 MCM에 있다.
• VIA Nano QuadCore
• Micron의 PoP 메모리에 결합된 플래시와 RAM
• 삼성 MCP 솔루션, 모바일 DRAM과 NAND 저장장치 결합
• AMD Ryzen Threadripper 및 Epyc CPU(Zen 또는 Zen+ 아키텍처 기반)는 2개 또는 4개 칩의 MCM이다(Ryzen은 MCM이 아니라 단일 칩)
• AMD Ryzen, Ryzen Threadripper 및 Epyc CPU(Zen 2 또는 Zen 3 아키텍처 기반)는 CPU 코어를 가진 1개, 2개, 4개 또는 8개 칩과 더 큰 I/O 칩의 MCM이다.
• AMD Instinct MI 시리즈 GPU(CDNA 2 아키텍처 기반)는 1개 또는 2개의 그래픽 컴퓨팅 다이(GCD) 칩 MCM이다.
• AMD Radeon RX 7000 시리즈 GPU(RDNA 3 아키텍처 기반)는 1개의 GCD와 최대 6개의 메모리 캐시 다이(MCD) 칩 MCM이다.
• Intel Xe Ponte Vecchio GPU
• Intel Meteor Lake CPU
• High Bandwidth Memory를 탑재한 기타 프로세서
• Apple M 시리즈(CPU와 메모리)

https://www.youtube.com/watch?v=5uuRduTpl4Q&pp=ygUZY2hpcGxldCBtdWx0aSBjaGlwIG1vZHVsZQ%3D%3D

 

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