技术洞见 | 先进封装下的芯粒间高速互联接口设计思考

搜索最新SoC解决方案
关于汽车电子...物联网...安全...音频...视频

本文转载自奇异摩尔，转载文章仅供学习和研究使用。

mp.weixin.qq.com, Sept. 06, 2024 – 

近年来，随着AIGC的发展，生产力的生成方式、产品形态都在发生重大的变化。计算规模和模型规模的不断增大，尤其是大模型的出现和广泛应用对算力的需求呈现出爆发式的增长。这一系列的变化对计算架构提出了新的挑战，首先是系统规模越来越大，系统结构越来越复杂；其次计算形态的变革，传统的计算形态，主要是基于CPU或GPU的同构计算越来越难以满足算力的持续增长。

在这一背景下，Chiplet成为非常有潜力的设计方法和解决方案。Chiplet架构可以将SoC进行拆分重组，将主要功能单元如计算、存储、传感等转变成芯粒的形式，从而支持复杂系统的异构集成。而将各种芯粒重构成为一个完整的系统则需要依赖D2D接口对其进行互联，尤其是当设计人员需要构建一个包含多种第三方芯粒的复杂系统时，一个统一的D2D互联接口成为不可或缺的组件。在此背景下，UCIe、BoW、OpenHBI等D2D互联接口协议应运而生，旨在构建一个统一的D2D互联框架。尽管协议不尽相同，D2D互联接口的底层技术存在着较多的共性，而这些共性技术是D2D接口设计人员非常重要的研究内容。

本文将从D2D接口的信道特点、D2D接口的技术指标，D2D接口的设计思考和D2D接口的设计流程革新等方面来浅谈D2D互联接口的共性技术。

D2D接口的信道特点

信道条件通常是接口研究的起点，接口电路的架构搭建、微结构选取到具体电路的实现无不以信道特性作为出发点，D2D接口的设计也不例外。相比传统高速接口，D2D接口的信道表现了较多新的特点，这主要是由D2D接口的应用环境和封装形式所带来的。众所周知，D2D接口主要用于芯粒间的高带宽数据互联，这一应用场景决定了D2D接口信道的两个主要特点：一、信道长度较短，一般局限在封装内部；二、信道数量大，布线密集。同时，这一应用场景也决定了D2D接口往往面对较为先进的封装形式，其布线通道通常是基板（substrate）甚至是硅中介层（silicon interposer），我们分别称之为D2D接口的标准封装（standard package）和先进封装（advanced package）。

相比以PCB走线为主的传统互联方式，D2D标准封装和先进封装的显著特点是节距（pitch）的减小。在标准封装中，芯片凸点（bump）的节距从传统封装的0.5~1mm减小到100~200um，而在先进封装中，这一物理尺寸进一步微缩到30~60um。这一变化首先带来了一系列信道物理尺寸的同步微缩，包括互联走线的线宽、线距和金属厚度等。而这些物理尺寸的微缩进一步引起了信道电学特性的改变。概括而言，从传统封装到先进封装，信道的单位长度电阻显著增大，而其单位长度的等效电感和电容基本保持不变。考虑到在D2D标准封装和先进封装下其信道长度显著缩短，信道整体的等效电感和电容显著缩小。具体而言，先进封装下的D2D信道的电学特性变化主要表现在如下方面：

 Back