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Chiplet產業鏈:系統廠商加速推進Chiplet產業化

合明科技 ?? 2382 Tags:Chiplet芯粒芯片級集成Chiplet芯粒封裝清洗

系統廠商加速推進Chiplet產業化

超威半導體(AMD)

AMD在Chiplet產品化進度較快。2019年起,AMD從Zen 2架構開始采用Chiplet技術,基于Zen 2架構的產品在單/多核處理能力上均有很大提升,能耗比(Power efficiency)改善明顯。2023年1月,AMD披露了面向下一代數據中心的APU加速卡產品Instinct MI300,產品將于2023年下半年上市。這款基于Chiplet設計的加速器擁有9個基于3D堆疊的5nm小芯片(包含CPU和GPU),和4個基于6nm的小芯片,周圍封裝了8個128GB的HBM3顯存芯片,共擁有1,460億個晶體管。Instinct MI 300將CPU、GPU和內存封裝為一體,大幅提高了性能和效率。

采用Chiplet方案,AMD第二代霄龍、Zen處理器性能顯著提升。AMD第二代霄龍處理器使用了Chiplet技術,與第一代相比,核數增加了100%,晶體管數增加了102%至380億,而硅片面積僅增加了18%,這充分顯示了7nm制程下高密度優勢。此外,第二代的整數和浮點運算性能也分別提升了144%和97%。AMD第二代Zen處理器同樣使用了Chiplet技術,與第一代相比核數增加100%,晶體管數增加102%,但硅片面積只增加了28%。

圖表7:AMD——Chiplet從出現走向立體化

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資料來源:AMD官網,IT之家,中金公司研究部


AMD含Chiplet技術的CPU銷量占比不斷提高。根據德國電腦零售商Mindfactory數據,2021年10月至2022年12月間AMD CPU的銷量中,含Chiplet技術的CPU銷量占比不斷提高,從約80%上升至約97%。


英特爾(Intel)


英特爾基于IDM優勢積累了較為完整的互連技術優勢。基于IDM的制造優勢,英特爾開發了EMIB(全方位互連硅橋)和Foveros兩種封裝技術,分別對應橫向和縱向之間的連接。英特爾FPGA芯片Stratix 10最早采用了EMIB支持的Chiplet技術。2023年,英特爾基于Chiplet技術發布了第四代至強可擴展處理器和至強CPU Max,以及數據中心GPU Max。第四代至強可擴展處理器使用EMIB進行連接,包含52款CPU,最多支持60核,在使用內置加速器時,目標工作負載的平均性能每瓦效率可提高2.9倍。至強CPU Max擁有56個性能核,內核的4個小芯片使用EMIB連接,進行自然語言處理時高帶寬內存優勢可提升20倍性能。數據中心GPU Max是英特爾針對高性能計算加速設計的第一款GPU產品,一個封裝中有超過1000億個晶體管,擁有47個不同的塊和高達128GB的內存。


圖表8:英特爾封裝技術示例和相關產品

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資料來源:英特爾官網,中金公司研究部

英偉達(NVDIA)

英偉達擁有NVLink-C2C高速互連技術,加入UCIe聯盟,或將進一步布局Chiplet。當前英偉達可以通過NVLink-C2C技術實現高速、低延遲、芯片到芯片的互連,與Chiplet相似,可支持定制裸片間實現互連。考慮到在AI領域對于GPU的顯存容量和帶寬需求提升,英偉達通過Chiplet技術在GPU周圍堆疊HBM(High Bandwidth Memory)方式提高緩存性能和容量。另外,英偉達于2022年8月份宣布將支持新的UCIe規范,或將利用Chiplet技術進一步提升GPU、CPU和DPU等靈活配置集成的布局。

圖表9:英偉達將NVLink擴展至芯片級集成

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資料來源:英偉達官網,中金公司研究部


圖表10:英偉達H100使用HBM3提高緩存性能和容量

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資料來源:英偉達官網,中金公司研究部


蘋果(Apple)

蘋果采用UltraFusion架構實現高速互連。蘋果在2022年3月推出的M1 Ultra芯片采用了創新性的UltraFusion架構,利用一個硅中介層直接連接兩枚芯片M1 Max,此外蘋果將存儲芯片放置在SoC旁并用中介層來連接,內存和處理器單元的近距離能夠減少延遲。采用UltraFusion架構,M1 Ultra擁有20核CPU,能同時傳輸超過10,000個信號,實現了高達2.5TB/s低延遲的處理器互連帶寬,相比業內領先的高端多芯片實現了4倍多的互連帶寬,此外處理多線程任務的速度比市面上功耗范圍相近的16核臺式個人電腦芯片中速度最快的高90%,達到峰值性能時的功耗則要低100瓦。

圖表11:蘋果采用UltraFusion架構連接兩枚M1 Max裸晶

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資料來源:IT之家,蘋果官網,中金公司研究部

Chiplet芯粒-先進芯片封裝清洗:

合明科技研發的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

水基清洗的工藝和設備配置選擇對清洗精密器件尤其重要,一旦選定,就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種,可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環境中的濕氣,通電后發生電化學遷移,形成樹枝狀結構體,造成低電阻通路,破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層,在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物,還有粒狀污染物,例如焊料球、焊料槽內的浮點、灰塵、塵埃等,這些污染物會導致焊點質量降低、焊接時焊點拉尖、產生氣孔、短路等等多種不良現象。

這么多污染物,到底哪些才是最備受關注的呢?助焊劑或錫膏普遍應用于回流焊和波峰焊工藝中,它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分,焊后必然存在熱改性生成物,這些物質在所有污染物中的占據主導,從產品失效情況來而言,焊后殘余物是影響產品質量最主要的影響因素,離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降,松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質引發接觸電阻增大,嚴重者導致開路失效,因此焊后必須進行嚴格的清洗,才能保障電路板的質量。

合明科技運用自身原創的產品技術,滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術要求,打破國外廠商在行業中的壟斷地位,為芯片封裝材料全面國產自主提供強有力的支持。

推薦使用合明科技水基清洗劑產品。


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