كيف؟

ما هو شيبليت وماذا تفعل؟

Chiplet

ما هو شيبليت؟ إذا أتيت إلى هنا، فهذا أحد الأسئلة التي تطرحها على نفسك. وهذا مصطلح يسمع بشكل متزايد في تقنية المعالج وأيضًا في الغالب في كروت الشاشة. إنه ليس شيئًا جديدًا، لكنه لم يكن أبدًا بنفس الأهمية كما هو عليه اليوم وسيظل كذلك في المستقبل القريب. ومع ذلك، فإن هذه التقنية لها بالفعل خلفاء واعدون للغاية، لأنها لا تخلو من عيوبها.

ما هو شيبليت؟

الشريحة الصغيرة ليست سوى كتلة أو شريحة دارة متكاملة مصممة للعمل مع آخرين مشابهين لها أو مطابقين لها. بهذه الطريقة، يتم استبدال الشريحة ذات السطح الأكبر أو الأكثر تعقيدًا بعدة شرائح أصغر.

السبب في تقديم الشرائح هو أن الرقائق تكبر ويتعلق الأمر بالكفاءة أو أداء الإنتاج. كان أحد استخداماته الأولى للمعالجات التجارية في عام 2017 بواسطة د. كان على AMD Zen كما أوضحت ليزا سو.

مع قيام المسابك بترقية عقد الإنتاج لإنشاء مكونات أصغر بشكل متزايد، زاد تعقيد وبصمة الرقائق عالية الأداء، لذلك استمرت التكاليف في الارتفاع. لذلك، يصبح صنع شرائح متجانسة أكبر حجماً أقل جدوى من الناحية الاقتصادية. لذلك، تقرر استخدام التصميمات القائمة على الشرائح من خلال تقسيم نظام معقد إلى عدة أنظمة أصغر وأبسط.

لاحظ أنه مع حجم قالب يبلغ قرابة 18 × 20 مم والتي ستكون الشريحة الوسطى، تبلغ مساحة سطحها 360 مم²، مما يعني قرابة 150 شريحة في شريط بقطر 300 مم. ينتج عن تقسيم هذا التصميم إلى أربع مجموعات شرائح مقاس 9.5 × 10.5 مم قرابة 99 مم²، مما يعني أنه يمكن تصنيع ما يصل إلى 622 شريحة على عصا واحدة.

سيؤدي هذا إلى مضاعفة الإنتاجية في الحالة الثانية، مما يعني المزيد من الرقائق الوظيفية مقارنة بالحالة الأولى. لذلك، يمكن تخفيض التكاليف بهذه الطريقة. يمكنك رؤيته بشكل حدسي أكثر في الصورة أدناه:

شيبليت

من المفهوم أنه كلما كانت الرقاقة أصغر، زادت الإنتاجية، وخفض التكاليف عن طريق تقليل إهدار الرقاقة وزيادة الكمية لكل عصا. يجب أن تفكر أيضًا في أن قانون مور يتنبأ بنمو التعقيد وأن الرؤية متعددة النواة تجعل الموقف أسوأ. العقد التي تتقلص ببساطة لا يمكنها الحفاظ على حجم رقاقاتها ونتيجة لذلك يرتفع السعر.

يتجاوز اتجاه الشريحة الصغيرة وحدات المعالجة المركزية ووحدات معالجة الرسومات إلى شرائح السيارات والذاكرة وما إلى ذلك. ويبدو أنه سيصبح توجهًا من خلال الوصول إلى القطاعات أيضًا.

الاختلافات مع MCM

هناك نوع من العبوات يسمى MCM (وحدة متعددة الرقائق) تم استخدامه لسنوات، أي نوع من التجميع يستخدم عدة شرائح على ركيزة ومترابطة، وتتقاسم دبابيس أو وسادات الإرسال.

تستخدم معالجات IBM POWER حزمة MCM وتستخدم الآن AMD لأحدث معالجاتها. وإذا كنت تتساءل عن الاختلاف، فالحقيقة هي أن MCM هو مصطلح يستخدم للإشارة إلى شكل من أشكال التعبئة والتغليف، والشرائح تشير إلى الرقائق التي يتم تقسيم النظام إليها. بمعنى آخر، كل IC عبارة عن مجموعة فرعية وظيفية للنظام بأكمله وتسمى شريحة. ستكمل جميع الرقائق المجمعة المجموعة بأكملها.

على سبيل المثال، يتم تقسيم AMD EPYC إلى شرائح ولكنها تستخدم حزمة MCM. استخدمت Intel أيضًا هذا النوع من العبوات في بعض الحالات عند دمج كروت شاشة الخاصة بها مع وحدات المعالجة المركزية، وهي استراتيجية مختلفة عن AMD المتبعة في وحدات APU الخاصة بها. على كروت شاشة AMD Radeon Instinct MI200 و Intel Xe Ponte Vecchio وما إلى ذلك. هناك المزيد من الاستخدامات.

بالنسبة للأجزاء التي يمكن رؤيتها في هذا النوع من العبوات:

  • Chiplets: هذه هي الرقائق التي ينقسم إليها النظام. الأنظمة الفرعية والذاكرة ووحدات المعالجة ووحدات الاتصال وما إلى ذلك. قد يكون من أنواع مختلفة. على سبيل المثال، يتم تقسيم IBM POWER6 في الصورة أعلاه إلى:
    • أنوية المعالج
    • رقائق مخبأ L3 خارج القالب
  • وسيط: الركيزة أو ثنائي الفينيل متعدد الكلور التي تربط الدوائر أو الرقائق المتكاملة. عادة ما تكون مصنوعة من مواد عضوية. في حالة IBM POWER6، هذه هي المنطقة البنية.
  • أخرى: المقاومات والمكثفات وما إلى ذلك على الأداة. من الشائع أيضًا رؤية مكونات تثبيت السطح مثل في IBM POWER6 يمكنك رؤية جميع مكونات SMD المحيطة بالرقائق.

من المثير للاهتمام أن نلاحظ أن الشرائح وأنظمة التغليف الجديدة ستسمح بدمج الرقائق المثيرة للاهتمام، أي الحوسبة غير المتجانسة، مثل استخدام معالجات وذكريات مختلفة ومعجلات خاصة مثل FPGAs القابلة للبرمجة.

مزايا وعيوب الشريحة مقابل رقاقة متجانسة

ليست كل المزايا عندما يتعلق الأمر بتصميمات MCM أو الرقائق، فإن لها أيضًا عيوبًا مقارنة بالتصميمات المتجانسة حيث يتم دمج النظام بأكمله على شريحة واحدة. من بين مزايا chiplets:

  • يقلل وقت التصميم.
  • يقلل من التكاليف ويزيد من الكفاءة.
  • يوفر إمكانية استخدام المزيد من الذاكرة أو المزيد من مراكز المعالجة. لذا فهي أكثر قابلية للتوسع لأنها معيارية.
  • يوفر إمكانية استخدام عدة عقد تصنيع في شرائح مختلفة وحتى مجموعات منطقية مختلفة وحتى أشباه موصلات مختلفة (Si، SiGe، GaN، GaAs، InP،…).

في حالة وجود عيوب chiplets:

  • يتسبب في مزيد من تأخير الاتصال بين الوحدات.
  • هناك حاجة إلى وسطاء أكثر تعقيدًا.
  • منطق الاتصال يحتاج إلى التنفيذ.
  • قد يعني الفشل في توصيل قالب أن الجهاز بأكمله قد توقف عن العمل.

مع الحفاظ على مزايا نموذج التقسيم هذا، يتم حاليًا تطوير وتسويق بعض الحلول التي ستحاول التخلص من عيوب الشرائح هذه. أنا أتحدث عن حزمتي 2.5D و 3D الجديدة حيث يتم تكديس الرقائق وتحصل على تأخيرات متجانسة، ولكن لا يزال بإمكانك بناء كل شريحة مكدسة على حدة. مثال على ذلك في 3D V-Cache، حيث يتم وضع الرقائق ذات أكبر ذاكرة تخزين مؤقت أعلى وحدات المعالجة.

تكمن مشكلة هذا النوع من التكنولوجيا في أنه لا يزال هناك نقص في التوحيد القياسي، حيث يستخدم كل مصنع طرقه الخاصة. لذلك، إذا كان من الضروري في المستقبل تجميع رقائق من جهات تصنيع مختلفة في نفس الجهاز، فلن تكون متوافقة. تأكد من Intel Foveros و Intel EMIB و TSMC LSI و TMSC CoWoS وما إلى ذلك. ربما سمعت عن مصطلحات مثل، لديهم جميعًا بعض الاختلافات…

رقائق متجانسة: مزايا وعيوب

للرقائق المتجانسة مزاياها وعيوبها، تمامًا مثل الشرائح الخشبية، والتي أوضحتها هنا:

مزايا المرحلية المتجانسة:

  • حجم الحزمة الأصغر يجعلها أكثر ملاءمة للأجهزة المحمولة أو المضمنة حيث يكون الحجم مهمًا.
  • أقل تعقيدًا في التعبئة والتغليف وبالتالي أرخص.
  • موثوقية أفضل نظرًا لوجود عدد أقل من الأجزاء المضمنة (عدد أقل من خطوط الموصلات واللحام وما إلى ذلك التي يمكن أن تفشل).
  • يمكن أن يعني استهلاك أقل للطاقة.
  • يحدث نقل البيانات بين الأجزاء المختلفة بشكل أسرع وبأقل تأخير بسبب قربها ولأن جميع الوحدات تعمل عمومًا على نفس التردد.
  • يلغي الحاجة إلى منطق إضافي لتنسيق الرقائق المختلفة.

عيوب متجانسة المرحلية:

  • تكاليف إنتاج أعلى من الرقائق بسبب انخفاض الكفاءة.
  • قوة تشتت أكثر تركيزًا.
  • في حالة فشل ترانزستور أو اتصال واحد فقط، يتوقف IC بالكامل عن العمل.
  • انخفاض المرونة وقابلية التوسع.

استنتاج حول شيبليت

على الرغم من مزايا رقائق MCM والتعبئة والتغليف، إلا أن بعض التصميمات مثل SoCs لا تزال تحاول الحفاظ على رقائق متجانسة مع تحسين السرعات. لا يمكن القول ما إذا كانت chiplets هي مستقبل الرقائق عالية الأداء، بل سيكون المستقبل هجينًا بين التقنيات المختلفة.

من ناحية، سنرى الرقائق وحزمة MCM، والتي تتكون من أكوام من الدوائر المتكاملة (2.5D / 3D) لتقريب الذاكرة والمنطق معًا لتقليل زمن الوصول، والذي يمثل حاليًا عنق الزجاجة بين المعالج وذاكرة الوصول العشوائي. بالإضافة إلى كل هذا، ستأتي تقنيات أخرى يمكن أن تساعد في تحسين الأداء بشكل أكبر، مثل الوصلات البينية الضوئية لنقل البيانات بشكل أسرع. إنه مثل التحول من الكابلات النحاسية إلى الألياف الضوئية على خطوط الهاتف.

ومع ظهور تكنولوجيا السيليكون، ستصبح كل هذه التقنيات أكثر أهمية. على الرغم من أن هناك بعض الصعوبات التي يجب حلها، مثل فقدان الطاقة عندما يكون مستوى التكامل شديدًا جدًا. إن الادعاء الشهير الذي مضى عليه عقود من الزمن “أصغر وأسرع وأرخص” سيكلف أكثر فأكثر.

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى