异构三维集成系统

23月2015日

Manish DEO，Altera公司强调工艺技术因素在设计设备，以满足不断增长的需求量。

下一代平台的迅速发展趋势与新兴系统的应用如数据中心能力的爆炸驱动的步伐，物联网、物联网、400G到比特网络，光传输，5G无线，8K视频，等等。

由此产生的扩展的连接和处理，将影响半导体空间显着，从类型的组件，建立到更高的效率系统和相关服务。对这一新兴景观的密切评价，揭示了一些有趣的趋势。

例如，新一代数据中心的工作负载的需求越来越高的计算能力，灵活性，和电源效率；超过今天的通用服务器的能力。此外，数据中心的基础设施必须被虚拟化，并提供服务的商品服务器，以减少复杂性，并提供更大的业务灵活性和可扩展性。

然而，服务器性能的改善实际上已经放缓，主要是由于功率限制。为特定的工作负载设计数据中心解决方案，提高效率，但显着限制的均匀性和灵活性的解决方案。灵活性是至关重要的，因为数据中心服务的快速发展，需要适应的硬件。

物联网的要求

物联网反映了类似的挑战。物联网预计将大幅增长，并打在不久的将来多十亿“智能对象”标志。这些智能的对象是连接和沟通，彼此或云或数据中心。基础设施必须确定哪些数据需要处理，哪些数据被丢弃，所有的数据都是实时的。因此，物联网需要一个高度连接，灵活，高效，带宽丰富的基础设施，使从数据中心到边缘的洞察力。这一要求的挑战，服务提供商，数据中心，云计算和存储系统，以满足这个贪得无厌的需求，互联网流量。

下一代平台反映了一个共同的基本主题：需要增加的带宽和功能与较低的功率分布和足迹的要求。简单地说，所使用的设备，以建立这些新一代平台必须做的更快，采取较少的印刷电路板（印刷电路板）房地产，并燃烧更少的能源，所有在同一时间。这个挑战需要创新的解决方案，在整个半导体生态系统。

因此，系统架构师设计下一代平台必须满足的要求，实现更高的带宽，更低的功耗和更小的足迹。还需要增加整体设备的功能性和灵活性。

新的方法

从历史上看，系统架构师已经回应了这些要求，包装更独立的组件上的标准电路板，试图提供最大的功能和性能，同时保持电力预算检查。

这种传统的整合方案已接近其逻辑的结束，因为它努力跟上下一代的要求。一些关键的挑战是：

• 底层电路板允许的互连密度限制芯片的带宽。
• 系统功率太高，由于需要驱动长印刷电路板之间的痕迹。
• 形式因素太大，由于所需的系统功能所需的离散元件的数目。

系统架构师已经研究了一些组件的整体集成，以解决这些限制。然而，这种整合直接导致另一个挑战：知识产权到期。不同的知识产权块在不同的处理节点上成熟，并在不同时间可供扩展。因此，它是不可能将所有所需的IP模块或功能的单片。例如，如果一个供应商采用14纳米技术构建一个逻辑死要整合DRAM芯片，唯一的选择是采用40 nm以上的DRAM技术。这种限制不利于整体解决方案。

新的挑战

另一个关键的挑战是需要提供最大的设备之间的高速连接。然而，许多协议标准的不断发展和所需的数据速率和调制方案从系统到系统各不相同。因此，必须定义一个创新的解决方案，集成新兴技术和知识产权的快速块。

下一代系统所带来的挑战已经开始定义解决方案的景观。传统的解决方案不能满足未来的要求：更高的带宽，更低的功耗，更小的形式因素，并增加功能性和灵活性。面临的挑战是开发一个创新的，商业上可行的，可扩展的解决方案，符合这些要求。

在Altera的最近的一个公告介绍异构三维系统封装（SIP）技术被认为是解决所有这些挑战：更高的带宽，更低的功耗，更小的外形，和增加的功能和灵活性。在包集成是可扩展的，直接制造。

异构技术

异构3D SiP技术允许不同的组件被集成在一个封装成一个单一的FPGA来满足系统的要求，有效地提供强大的解决方案，比前代更快速[图1 ]。使在一系列组件，如模拟、记忆、专用集成电路、CPU封装集成方法，等等。

图1：基于封装集成异构的FPGA

异构3D SIP集成方法，它使用一个单一的单片FPGA芯布FPGA行业中是独一无二的（多达550万个逻辑单元）和集成多个死在FPGA。单片FPGA芯织物提供了最高的性能和利用率，并确保数据的可加工的最高利率可能没有运行到路由拥塞，利用瓶颈，或性能降低。

该技术使广泛的部署可能是英特尔的专利，嵌入式多芯片互连桥（emib）。英特尔设计的解决方案，需要先进的封装和测试能力emib。emib提供了一个简单的集成流程提供了超高密度互连异构死在同一个包。它也使包的功能，要么过于复杂或太过成本过高，实施与替代方案的集成解决方案。

emib技术

的emib技术提供了一个简单的制造流程，更高的性能，提高信号的完整性，并降低复杂度。

emib是一个小的硅芯片底层封装基板和提供专用的超高密度互连之间的模。的emib流程不使用任何通过硅通孔（TSV），大大降低了制造的复杂性，同时提高了信号和电源完整性度量。

重要的是，这emib物理尺寸不限，可以集成数模。相反，替代实现使用一大块硅中介层，坐在上面的封装基板和超过模具的整个长度是完整的。硅中介层的大块使该方案成本过高，容易产生翘曲变形等问题，等解决方案也需要大量的微凸微通孔，从而影响整体产量和制造的复杂性。此外，模具，可以综合使用插件的数量是有限的，影响的可扩展性。[图2 ]

图2：emib实施与替代插件实现

下一代平台越来越多地需要创新的解决方案，提供显着更高的性能，更低的功耗，更小的形式因素。数据中心的爆炸和物联网技术的扩散是新兴的关键驱动因素。此外，进步在兆兆位网络，光传输，8K视频，和5G无线领域增加迅速，迫使半导体生态系统，寻找创新的解决方案。