TSMC планирует выпуск сверхмощных процессоров

Практически все современные высокопроизводительные процессоры для центров обработки данных используют многочиплетную конструкцию, и по мере роста требований к производительности разработчики хотят интегрировать в свои продукты еще больше кремния.

В попытке удовлетворить спрос TSMC расширяет свои возможности по упаковке для поддержки значительно более крупных сборок микросхем для высокопроизводительных вычислений и приложений ИИ. На своем Североамериканском технологическом симпозиуме TSMC представила свою новую дорожную карту 3DFabric, которая направлена на масштабирование размеров интерпозеров далеко за пределы текущих ограничений.

Изображение: TSMC

От большого к огромному

В настоящее время TSMC CoWoS предлагает решения для упаковки чипов, которые позволяют использовать размеры интерпозера до 2831 мм^2, что примерно в 3,3 раза больше, чем предельный размер сетки (фотошаблона) компании (858 мм^2 по стандарту EUV, при этом TSMC использует 830 мм^2). Эта емкость уже используется такими продуктами, как ускорители AMD Instinct MI300X и графические процессоры Nvidia

NVIDIA Corporation (NASDAQ: NVDA) — американская компания, один из крупнейших разработчиков графических ускорителей и процессоров, а также наборов системной логики. На рынке продукция компании известна под такими торговыми марками как GeForce, nForce, Quadro, Tesla, ION и Tegra. Компания была основана в 1993 году. По состоянию на август 2006 года в корпорации насчитывалось более 8 тысяч сотрудников, работающих в 40 офисах по всему миру. Википедия

Читайте также:Nvida выпустила G-Assist для интеграции ИИ с ПОПроект NVIDIA G-Assist Plug-In Builder: каждый может настроить ИИ на ПК GeForce RTX AINVIDIA может перестать поставлять в Китай GeForce RTX 5090DNvidia улучшит систему охлаждения ИИ-чипов«Горячие точки» GPU NVIDIA GeForce RTX 50-й серии

B200, которые объединяют два больших логических чиплета для вычислений с восемью стеками памяти HBM3 или HBM3E. Но этого недостаточно для будущих приложений.

Изображение: TSMC

Иногда в следующем году или немного позже TSMC планирует представить следующее поколение своей технологии упаковки CoWoS-L, которая будет поддерживать интерпозеры размером до 4719 мм^2, что примерно в 5,5 раз больше стандартной площади сетки. Упаковка будет вмещать до 12 стеков памяти с высокой пропускной способностью и потребует более крупной подложки размером 100×100 мм (10 000 мм^2). Компания ожидает, что решения, построенные на этом поколении упаковки, обеспечат вычислительную производительность более чем в три с половиной раза выше, чем текущие разработки. Хотя этого решения может быть достаточно для графических процессоров Rubin от Nvidia с 12 стеками HBM4, процессоры, которые будут предлагать большую вычислительную мощность, потребуют еще больше кремния.

Заглядывая дальше вперед, TSMC намерена масштабировать этот подход к упаковке еще более агрессивно. Компания планирует предложить интерпозеры с площадью до 7885 мм^2, что примерно в 9,5 раз превышает предел фотошаблона, установленные на подложке размером 120×150 мм (для контекста, стандартный футляр для компакт-диска имеет размеры примерно 142×125 мм).

Это представляет собой увеличение по сравнению с многочиповой сборкой размером 8x-reticle на подложке 120×120 мм, которую TSMC представила в прошлом году, и это увеличение, вероятно, отражает запросы клиентов литейного завода. Ожидается, что такой пакет будет поддерживать четыре 3D-стекированных систем-на-интегрированных чипах (SoIC, например, кристалл N2/A16, сложенный поверх логического кристалла N3), двенадцать стеков памяти HBM4 и дополнительные кристаллы ввода/вывода (I/O Die).

Изображение: TSMC

Однако у TSMC есть клиенты, которым нужна экстремальная производительность, и они готовы за нее платить. Для них TSMC предлагает свою технологию System-on-Wafer (SoW-X), которая обеспечивает интеграцию на уровне пластины. На данный момент только Cerebras и Tesla используют интеграцию на уровне пластины для своих процессоров WFE и Dojo для ИИ, но TSMC считает, что будут клиенты и за пределами этих двух компаний с похожими требованиями.

Подача электроэнергии

Без сомнения, процессоры размером с 9,5-сетку или пластину трудно собирать и собирать. Но эти многочиплетные решения требуют подачи питания с высоким током на уровне киловатт, и это становится все сложнее для производителей серверов и разработчиков чипов, поэтому это необходимо решать на системном уровне. На своем технологическом симпозиуме 2025 года TSMC изложила стратегию подачи питания, разработанную для обеспечения эффективной и масштабируемой подачи питания на уровнях класса киловатт.

Изображение: TSMC

Для решения проблем процессоров с требованиями к мощности киловаттного класса TSMC хочет интегрировать монолитные ИС управления питанием (PMIC) с TSV, изготовленными по технологии TSMC N16 FinFET, и индукторы на пластине непосредственно в корпуса CoWoS-L с интерпозерами RDL, что позволит прокладывать питание через саму подложку. Это сокращает расстояние между источниками питания и активными кристаллами, снижая паразитное сопротивление и улучшая целостность питания в системе.

Изображение: TSMC

TSMC утверждает, что ее PMIC на основе N16 может легко справляться с мелкозернистым управлением напряжением для динамического масштабирования напряжения (DVS) при требуемых уровнях тока, достигая в пять раз большей плотности подачи мощности по сравнению с традиционными подходами. Кроме того, встроенные конденсаторы с глубокими канавками (eDTC/DTC), встроенные непосредственно в интерпозер или кремниевую подложку, обеспечивают высокоплотную развязку (до 2500 нФ/мм^2) для улучшения стабильности питания за счет фильтрации колебаний напряжения вблизи кристалла и обеспечения надежной работы даже при быстрых изменениях рабочей нагрузки. Этот встроенный подход обеспечивает эффективный DVS и улучшенный переходный отклик, оба из которых имеют решающее значение для управления энергоэффективностью в сложных, многоядерных или многокристальных конструкциях.

В целом подход TSMC к подаче питания отражает сдвиг в сторону совместной оптимизации на системном уровне, где подача питания на кремний рассматривается как неотъемлемая часть кремния, корпуса и конструкции системы, а не как отдельная функция каждого компонента.

Форм-фактор и охлаждение

Переход к гораздо большим размерам интерпозеров получит последствия для проектирования системы, особенно с точки зрения форм-факторов упаковки. Планируемая подложка 100×100 мм близка к физическим ограничениям форм-фактора OAM 2.0, который измеряет 102×165 мм. Последующая подложка 120×150 мм превысит эти размеры, вероятно, потребовав новых стандартов для упаковки модулей и компоновки платы для размещения увеличенного размера.

Помимо физических ограничений и энергопотребления, эти огромные многочиплетные SiP генерируют огромное количество тепла. Чтобы решить эту проблему, производители оборудования уже изучают передовые методы охлаждения, включая прямое жидкостное охлаждение (технология, уже принятая Nvidia для своих конструкций GB200/GB300 NVL72) и технологии иммерсионного охлаждения, чтобы справиться с тепловыми нагрузками, связанными с многокиловаттными процессорами. Однако TSMC не может решить эту проблему на уровне чипа или SiP — по крайней мере, на данный момент.

Источник: Tomshardware.com