실리콘 회로 기판 요약 가이드

케빈 모리스의 서문

회로 기판에는 무어의 법칙이 없다는 사실을 알고 계셨나요? 물론, 우리는 지난 수십 년 동안 PCB 기술이 점진적으로 개선되는 것을 보았습니다. 하지만 우리는 여전히 예전과 거의 같은 방식으로 FR4를 추진하고 있으며, PCB는 이제 우리의 소형화 능력에 큰 제한 요소가 되었습니다. 시스템을 더욱 안정적으로 만들 수 있습니다.

이제 FR4를 버릴 때가 되었나요?

Bob Conn은 공학계에 종사하는 많은 사람들이 "르네상스 맨"이라고 생각하는 매력적인 사람입니다. 우리는 실리콘 회로 기판(SiCB)에 관한 Bob의 일련의 기사 중 첫 번째 기사를 발표하게 되어 기쁘게 생각합니다. Bob은 현재 세계에서 SiCB를 사용하는 실용성을 안내하고 SiCB가 점점 더 커지는 설계 작업 부문에 대한 실행 가능한 솔루션으로 어떻게 발전할 수 있는지에 대한 통찰력을 제공할 것입니다.

즐기다!

-케빈 모리스

다음 기사 시리즈에서는 1입방미터에서 1페타플롭의 성능을 제공할 수 있는 실리콘 회로 기판 기반 고성능 컴퓨팅(HPC) 시스템의 설계를 소개하겠습니다. 이 시리즈에서는 많은 기술, 일부 역사, 상당한 양의 스토리텔링을 다룰 것입니다. 실리콘 회로 기판을 사용하여 2.5D 및 3D 실리콘 시스템을 구축하는 방법에 대한 DIY 가이드가 될 것입니다.

-밥 콘

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실리콘 회로 기판 요약 가이드

실리콘 회로 기판(SiCB)은 인쇄 회로 기판(PCB)과 유사하지만 FR-4가 아닌 실리콘 기판으로 만들어집니다. 베어 다이와 적층형 3D 다이는 범프 패키지 부품과 마찬가지로 의도된 구성 요소입니다. 실리콘 회로 기판은 파운드리에 따라 라인 백엔드 또는 라인 프런트 엔드 처리를 사용하여 거의 모든 일반적인 웨이퍼 파운드리에서 만들 수 있습니다.

SiCB 크기는 PCB와 집적 회로(IC) 사이에 속합니다. 일반적인 PCB는 10인치 x 10인치이고, 일반적인 SiCB는 2인치 x 3인치이며, IC의 측면은 1인치 미만입니다.

실리콘 회로 기판과 달리 실리콘 인터포저는 일반적으로 레티클 크기가 약 1제곱인치로 제한되어 있으며 패키지에 들어갑니다. 실리콘 인터포저는 실리콘 인터포저와 인터페이스하도록 특별히 설계된 것들을 연결하는 경우가 많습니다. 예를 들어 Xilinx 실리콘 인터포저는 인터포저용으로 설계된 4개의 개별 FPGA 다이스를 연결합니다. 현재 많은 공급업체가 실리콘 인터포저 제조를 제공하고 있습니다.

SiCB는 레티클 크기로 제한되지 않습니다. 웨이퍼 크기일 수 있습니다. 수십 개의 구성 요소가 포함된 소형 PCB에 가깝습니다. 간단히 패키지에서 다이스를 제거하고 트레이스 크기를 줄이면 대형 FR-4 PCB 기반 설계를 크기의 1/4 미만인 소형 SiCB 설계로 전환할 수 있습니다.

SiCB의 HPC 설계에는 4개의 대형 FPGA 다이스와 8개 또는 16개의 메모리 다이, CPU 다이, 일부 칩 규모 패키지 발진기/클럭 드라이버, 바이패스 커패시터 및 I/O 커넥터가 포함될 수 있습니다. 그림 1을 참조하세요. 부품 포함 시 크기는 약 60mm x 70mm이고 두께는 3mm 미만일 수 있습니다. 방열판에 몇 밀리미터를 더 추가하세요.

그림 1. 고성능 컴퓨팅을 위한 58mm x 68mm 실리콘 회로 기판

SiCB 연구를 시작한 방법

저는 SiCB에 관심을 갖기 시작했을 당시 Xilinx에서 근무하고 있었습니다. 우리는 대규모 SPICE 시뮬레이션을 훨씬 더 빠르게 수행하고 싶었습니다. 종종 우리는 실행 시간이 몇 달에 달했기 때문에 많은 검증이 누락되었습니다.

당시 우리가 할 수 있었던 것보다 약 100배 빠르게 SPICE 작업을 실행하려면 약 64개의 대형 FPGA가 필요하다고 생각했습니다. 하지만 64개의 FPGA와 관련 메모리, 조정기 등은 많은 공간을 차지합니다. 일반적으로 19인치 랙이나 매우 큰 PCB 여러 개입니다. 훨씬 더 작게 만들 수 있을까요? 책상 위에 놓고 대규모 SPICE 작업을 하고 싶었습니다. 시뮬레이션 작업.

나는 Los Gatos Brewery에서 맥주를 ​​마시며 두 친구와 이 문제를 공유했습니다. 당시 저는 Xilinx에서 베어 다이스(FPGA 다이 위에 구성 메모리 다이)를 쌓는 작업을 하고 있었고, 우리 셋은 패키지된 FPGA를 사용하여 많은 PCB를 설계하고 구축했기 때문에 여러 개의 PCB를 연결할 만큼 충분히 알고 있다고 생각했습니다. 단일 웨이퍼에 베어 FPGA 다이스(아마도 8개 또는 16개)와 많은 메모리 다이가 있습니다.