इंटेल के पोंटे वेक्चिओ और एएमडी के ज़ेन 3 उन्नत सेमीकंडक्टर पैकेजिंग प्रौद्योगिकी का वादा दिखाते हैं

इंटेल और एएमडी ने इस सप्ताह अंतर्राष्ट्रीय सॉलिड स्टेट सर्किट सम्मेलन में अपने कुछ सबसे उन्नत चिप डिजाइनों पर चर्चा की, और उन्होंने अपने भविष्य के उच्च अंत चिप उत्पादों में उन्नत पैकेजिंग की भूमिका पर प्रकाश डाला। दोनों मामलों में, प्रभावशाली नई प्रदर्शन क्षमताएं मॉड्यूलर दृष्टिकोण से आती हैं जो विभिन्न विनिर्माण प्रक्रियाओं का उपयोग करके विभिन्न फैब पर बने बिल्डिंग ब्लॉकों को जोड़ती हैं। यह सेमीकंडक्टर इनोवेशन के भविष्य में चिप पैकेजिंग की विशाल क्षमता को दर्शाता है।

पोंटे वेक्चिओ के लिए इंटेल का लक्ष्य बाजार बड़े डेटासेंटर सिस्टम में निर्मित होने वाला एक उच्च प्रदर्शन मॉड्यूल है। यह एक ग्राफिक्स प्रोसेसिंग यूनिट (जीपीयू) है, और इसे कृत्रिम बुद्धिमत्ता, मशीन लर्निंग और कंप्यूटर ग्राफिक्स में अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किया गया है। इसका नाम मध्ययुगीन पत्थर के पुल के नाम पर रखा गया है जो इटली के फ्लोरेंस में अरनो नदी के एक तरफ पियाज़ा डेला सिग्नोरिया को दूसरी तरफ पल्लाज़ो पिट्टी से जोड़ता है। डिज़ाइन की मुख्य विशेषताओं में से एक यह है कि यह कई विशेष चिपलेट्स को कैसे जोड़ता है - एकीकृत सर्किट बिल्डिंग ब्लॉक जिन्हें संपूर्ण सिस्टम बनाने के लिए संयोजित किया जाना है।

पोंटे वेक्चिओ ताइवान सेमीकंडक्टर मैन्युफैक्चरिंग कंपनी (टीएसएमसी) की सबसे उन्नत 5 एनएम प्रक्रिया पर निर्मित आठ "टाइल्स" का उपयोग करता है। प्रत्येक टाइल में आठ "X" हैं^e” कोर, और आठ कोर में से प्रत्येक में आठ वेक्टर और आठ विशेष मैट्रिक्स इंजन हैं। टाइलों को "बेस टाइल" के ऊपर रखा जाता है, जो उन्हें एक विशाल स्विच फैब्रिक के साथ मेमोरी और बाहरी दुनिया से जोड़ता है। यह बेस टाइल कंपनी की "इंटेल 7" प्रक्रिया का उपयोग करके बनाई गई है, जो कंपनी की उन्नत 10 एनएम सुपरफिन विनिर्माण प्रक्रिया का एक नया नाम है। एक उच्च प्रदर्शन मेमोरी सिस्टम भी है जिसे "रैमबो" कहा जाता है, जिसका अर्थ रैंडम एक्सेस मेमोरी, बैंडविड्थ ऑप्टिमाइज्ड है, जिसे इंटेल 7 फोवेरोस इंटरकनेक्ट तकनीक का उपयोग करके बेस टाइल पर बनाया गया था। कई अन्य बिल्डिंग ब्लॉक भी शामिल किए गए हैं।

पोंटे वेक्चिओ डिजाइन विषम एकीकरण में एक केस स्टडी है - 63 अलग-अलग टाइल्स (47 जो कंप्यूटिंग कार्य करते हैं और 16 थर्मल प्रबंधन के लिए) को एक एकल पैकेज में 100 अरब से अधिक ट्रांजिस्टर के साथ जोड़ते हैं जो 77.5 x 62.5 मिमी (लगभग 3 x) है 2.5 इंच). यह बहुत समय पहले की बात नहीं है जब इतनी अधिक कंप्यूटिंग शक्ति एक गोदाम में भर जाती थी और उसे विद्युत ग्रिड से अपने स्वयं के कनेक्शन की आवश्यकता होती थी। ऐसे डिज़ाइन में इंजीनियरिंग चुनौतियाँ प्रचुर हैं:

सभी भागों को जोड़ना. डिजाइनरों को सभी अलग-अलग चिप्स के बीच संकेतों को स्थानांतरित करने का एक तरीका चाहिए। पुराने दिनों में, यह मुद्रित सर्किट बोर्डों पर तारों या निशानों के साथ किया जाता था, और चिप्स को बोर्डों पर टांका लगाकर जोड़ा जाता था। लेकिन जैसे-जैसे सिग्नलों की संख्या और गति बढ़ती गई, यह बहुत पहले ही ख़त्म हो गया। यदि आप सब कुछ एक ही चिप में डालते हैं, तो आप उन्हें विनिर्माण प्रक्रिया के अंत में धातु के निशान से जोड़ सकते हैं। यदि आप एकाधिक चिप्स का उपयोग करना चाहते हैं, तो इसका मतलब है कि आपको बहुत सारे कनेक्टिंग पिन की आवश्यकता है, और आप चाहते हैं कि कनेक्टिंग दूरी कम हो। इंटेल इसका समर्थन करने के लिए दो तकनीकों का उपयोग करता है। पहला इसका "एम्बेडेड मल्टी-डाई इंटरकनेक्ट ब्रिज" (ईएमआईबी) है जो सिलिकॉन के एक छोटे टुकड़े से बना है जो एक समय में सैकड़ों या हजारों कनेक्शन प्रदान कर सकता है, और दूसरा इसकी फोवरोस डाई-टू-डाई स्टैकिंग तकनीक है। इसके लेकफील्ड मोबाइल प्रोसेसर में उपयोग किया जाता है।

यह सुनिश्चित करना कि सभी भाग समकालिक हैं। एक बार जब आप बहुत सारे अलग-अलग टुकड़ों को जोड़ लेते हैं, तो आपको यह सुनिश्चित करना होगा कि सभी हिस्से एक-दूसरे से समकालिक रूप से बात कर सकें। इसका मतलब आमतौर पर एक समय संकेत वितरित करना है जिसे घड़ी के रूप में जाना जाता है, ताकि सभी चिप्स लॉकस्टेप में काम कर सकें। यह कोई मामूली बात नहीं है, क्योंकि सिग्नल तिरछे हो जाते हैं और वातावरण बहुत शोर वाला होता है, जिसमें बहुत सारे सिग्नल इधर-उधर उछलते रहते हैं। उदाहरण के लिए, प्रत्येक कंप्यूट टाइल में 7,000 वर्ग मिलीमीटर की जगह में 40 से अधिक कनेक्शन हैं, इसलिए सिंक में रखने के लिए यह बहुत कुछ है।

गर्मी का प्रबंधन. प्रत्येक मॉड्यूलर टाइल्स को बहुत अधिक बिजली की आवश्यकता होती है, और उत्पन्न होने वाली गर्मी को दूर करते हुए इसे पूरी सतह पर समान रूप से वितरित करना एक बड़ी चुनौती है। मेमोरी चिप्स को कुछ समय के लिए ढेर कर दिया गया है, लेकिन जो गर्मी उत्पन्न होती है वह काफी समान रूप से वितरित होती है। प्रोसेसर चिप्स या टाइल्स में हॉट स्पॉट हो सकते हैं, यह इस बात पर निर्भर करता है कि उनका कितना भारी उपयोग किया जा रहा है, और चिप्स के 3डी स्टैक में गर्मी का प्रबंधन करना आसान नहीं है। इंटेल ने चिप्स के पिछले हिस्से के लिए धातुकरण प्रक्रिया का उपयोग किया, और पोंटे वेक्चिओ प्रणाली द्वारा उत्पादित अनुमानित 600 वाट को संभालने के लिए इन्हें हीट स्प्रेडर्स के साथ एकीकृत किया।

इंटेल द्वारा रिपोर्ट किए गए प्रारंभिक प्रयोगशाला परिणामों में >45 टेराफ्लॉप प्रदर्शन शामिल थे। आर्गोन नेशनल लेबोरेटरीज में बनाया जा रहा ऑरोरा सुपरकंप्यूटर 54,000 से अधिक पोंटे वेक्चिओस के साथ-साथ 18,000 से अधिक अगली पीढ़ी के ज़ीऑन प्रोसेसर का उपयोग करेगा। ऑरोरा का लक्षित चरम प्रदर्शन 2 एक्साफ्लॉप से ​​अधिक है, जो टेराफ्लॉप मशीन से 1,000 गुना अधिक है। 1990 के दशक के मध्य में जब मैं सुपरकंप्यूटर व्यवसाय में था, एक टेराफ्लॉप मशीन 100 मिलियन डॉलर का विज्ञान प्रोजेक्ट था।

एएमडी का ज़ेन 3

एएमडी ने टीएसएमसी की 3 एनएम प्रक्रिया पर निर्मित अपने ज़ेन 7 दूसरी पीढ़ी के माइक्रोप्रोसेसर कोर के बारे में बात की। इस माइक्रोप्रोसेसर कोर को एएमडी के बाजार खंडों में उपयोग करने के लिए डिज़ाइन किया गया था, कम-शक्ति वाले मोबाइल उपकरणों, डेस्कटॉप कंप्यूटरों से लेकर इसके सबसे शक्तिशाली डेटासेंटर सर्वर तक। इस रणनीति का केंद्रीय सिद्धांत अपने ज़ेन 3 कोर को एक एकल चिपलेट पर "कोर कॉम्प्लेक्स" के रूप में समर्थन कार्यों के साथ पैकेजिंग करना था, जो इंटेल की टाइल्स की तरह मॉड्यूलर बिल्डिंग ब्लॉक के रूप में कार्य करता था। इस प्रकार वे एक उच्च प्रदर्शन डेस्कटॉप या सर्वर के लिए आठ चिपलेट्स को एक साथ पैकेज कर सकते हैं, या एक मूल्य प्रणाली के लिए चार चिपलेट्स को एक साथ पैकेज कर सकते हैं, जैसे कि एक सस्ता घरेलू सिस्टम जो मैं खरीद सकता हूं। एएमडी थ्रू-सिलिकॉन विअस (टीएसवी) का उपयोग करके चिप्स को लंबवत रूप से स्टैक करता है, जो एक दूसरे के ऊपर रखे गए कई चिप्स को जोड़ने का एक तरीका है। यह अपने 12 बनाने के लिए ग्लोबलफाउंड्रीज 3 एनएम प्रक्रिया पर बने सर्वर डाई के साथ इनमें से दो से आठ चिपलेट्स को भी जोड़ सकता है।^rd जनरेशन EPYC सर्वर चिप्स।

पोंटे वेक्चिओ और ज़ेन 3 जिस महान अवसर पर प्रकाश डालते हैं, वह विभिन्न प्रक्रियाओं का उपयोग करके बनाए गए चिप्स को मिलाने और मिलाने की क्षमता है। इंटेल के मामले में, इसमें स्वयं के साथ-साथ टीएसएमसी की सबसे उन्नत प्रक्रियाओं पर बने हिस्से शामिल थे। AMD TSMC और GlobalFoundries के हिस्सों को मिला सकता है। केवल एक बड़ी चिप बनाने के बजाय छोटे चिपलेट्स या टाइल्स को एक साथ जोड़ने का एक बड़ा फायदा यह है कि छोटे चिपलेट्स की विनिर्माण उपज बेहतर होगी और इसलिए वे कम महंगे होंगे। आप नए चिपलेट्स को पुराने प्रमाणित चिपलेट्स के साथ मिक्स-एंड-मैच भी कर सकते हैं, जिनके बारे में आप जानते हैं कि वे अच्छे हैं, या जो कम महंगी प्रक्रिया पर बने हैं।

AMD और Intel दोनों डिज़ाइन तकनीकी हैं टूर्स डे फोर्स. इसमें कोई संदेह नहीं कि वे बहुत कड़ी मेहनत और सीखने का प्रतिनिधित्व करते हैं, और संसाधनों के विशाल निवेश का प्रतिनिधित्व करते हैं। लेकिन जैसे ही आईबीएम ने 360 के दशक में अपने मेनफ्रेम सिस्टम/1960 में मॉड्यूलर सबसिस्टम पेश किया, और 1980 के दशक में पर्सनल कंप्यूटर मॉड्यूलर हो गए, इन दो डिजाइनों के उदाहरण के रूप में और उन्नत चिप पैकेजिंग द्वारा सक्षम सिलिकॉन माइक्रोसिस्टम्स के मॉड्यूलर विभाजन ने एक महत्वपूर्ण प्रौद्योगिकी बदलाव की शुरुआत की। माना कि यहां प्रदर्शित कई क्षमताएं अभी भी अधिकांश स्टार्ट-अप की पहुंच से बाहर हैं, लेकिन हम कल्पना कर सकते हैं कि जब तकनीक अधिक सुलभ हो जाएगी, तो यह मिक्स-एंड-मैच नवाचार की लहर को जन्म देगी।