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AM4 chiplet 多芯片

锐龙3000封装揭秘:4核到16核不换接口 真难!

2019-07-10
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AMD近日在美国洛杉矶举办年度技术大会,正式发布了包括16核心锐龙9 3950X在内的第三代锐龙3000系列处理器、RX 5700系列显卡,并首次深度揭秘了Zen 2 CPU架构、RDNA GPU架构。

锐龙三代不但?#38405;?#25552;升巨大,而且依然延续AM4封装接口,与现有的一二代锐龙、300/400系列主板完全兼容,而且按照AMD的说法,AM4接口将延续到至少2020年。

但是,你知道多年多平台坚持一个接口不变有多么的困难吗?

锐龙3000封装揭秘:4核到16核不换接口 真难!

AMD AM4接口始于2016年的第七代APU,当时还是28nm制造工艺,挖掘机CPU架构,最多4核心4线程,之后的三代锐龙CPU、APU处理器都延续这一平台不变,规格也一路来到了7nm工艺、Zen 2架构、16核心32线程,三年之间经历了四种工艺、四种架构、四倍核心数量增加。

同时,内存频率从DDR4-2400提高到DDR4-3200,并从12条PCIe 3.0来到24条PCIe 4.0。

锐龙3000封装揭秘:4核到16核不换接口 真难!

三代锐龙最大的变化,就是采用了chiplet多芯片封装,这是当前形势下非常理智?#38590;?#25321;。

近些年来,摩尔定律已经逐渐迟缓,半导体工艺和芯片封装技术的挑战越来越大,传?#36710;?#21333;芯片设计正面临无法克服的成本难题,如果继续坚持单一芯片整合所有的模拟、逻辑、存储电路,会越来越得不偿失。

chiplet多芯片封装之下,不同的IP模块可以选择最适合、最经济的工艺,比如锐龙三代的CPU部分是7nm,重点提高?#38405;埽琁O输入输出部分则是12nm,节约成本也保证所有核心、缓存之间?#38590;?#36831;保持一致。

多芯片的最大难题就是互连效率,AMD为此早就设计了Infinity Fabric总线,现已升级到第二代,在?#38405;堋?#21151;耗、扩展性各方面都有大幅升级,是确保锐龙、霄龙模块化设计的根基。

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这是锐龙三代的内部结构简图,包括一个或两个CPU Die(CCD),每个最多8核心16线程、32MB三级缓存,还有一个I/O Die(cIOD),Infinity Fabric总线控制器、内存控制器、安全模块、PCIe/USB控制器、时钟发生器?#25512;?#20182;各种IO都在这里。

每一个CPU Die都通过新设计的GMI2高速总线(当年HT总线的全新升级版)与I/O Die互联,而且两个CPU Die之间没有互通,这样虽然看起来有点绕路,但能确保所有核心、缓存延迟的一致性。

而不管内部芯片布局和结构怎么变,对外都得继续兼容AM4,这就对封装提出了极高的挑战。

锐龙3000封装揭秘:4核到16核不换接口 真难!

根据AMD给出的数据,12nm工艺下焊锡突点间距(bump pitch)为150微米,7nm下则缩小到130微米,?#26434;?#38160;龙这样的高?#38405;?#22788;理器来说是非常有挑战性?#27169;?#26080;论基板还是焊接都需要革新,而这个世界上能做好microPGA封装的厂商,只有两家

锐龙3000封装揭秘:4核到16核不换接口 真难!

三代锐龙使用了新的封装设计,12nm I/O Die部分继续使用焊锡突点,7nm CPU Die部分则升级为铜柱(copper pillar),更紧凑,导电性更好,而且封装后芯片高度可保持一致。

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PCIe 4.0的加入也相当棘手,其对PHY物理层、信号、材?#31995;?#30340;要求都高了一个档次,AMD为此在封装层采用了低损耗材料,保?#20013;?#21495;完整性,并进行了广泛的测试,最终冒险取得了成功。

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这是锐龙三代处理器内部基板上的走线图,可以明显地看出两个CPU Die都至于I/O Die连接,同时后者作为输入输出中枢,再与外接各?#33267;?#36890;,而整体依然是AM4兼容的。

AMD表示,三代锐龙设计了新的12层基板来满足更多、更复杂的走线,而且通用性很好,可以轻松更换IP模块或者针脚,而且无论一个CPU Die还是两个都是通用的。

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由于传?#36710;?#36148;片机和测试仪器都没有针对多芯片封装进行设计,AMD也不得不重新配置了组装生产线,满足三代锐龙的生产需求。

这下知道多芯片封装和同接口兼容,是多么的难了吧。

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