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图片来源@视觉中国
文 | 半导体产业纵横近年，以CPU和GPU为代表的处置器在运用需要的推进下，相干的设计、制作和封装等技术都在开展变动傍边。封装方面，虽然当下的3D技术很热，但关于绝大少数处置器来讲，2D和2.5D封装技术还是主流，而传统的MCM（Multi-Chip-Module，多芯片模块）焕发了第二春，各大CPU和GPU厂商都在大范围部署采取这类封装技术的产品。
MCM是一种由两个及以上Die，或者芯片尺寸封装（CSP）的IC组装在一个基板上的模块，造成一个电子零碎或子零碎，基板能够是PCB、陶瓷或硅片。全部MCM能够封装在基板上，也能够封装在封装体内。MCM能够是便于装置在电路板上的规范化封装，也能够是一个具备电子功用的模块，它们均可间接装置到电子零碎中（PC、仪器、机械装备等）。
MCM-C：是采取多层陶瓷基板的MCM，适于摹拟电路、数字电路、混合电路、微波器件等多种运用。
MCM-D：是采取薄膜技术的MCM，MCM-D的基板由多层介质、金属层和基材组成。介质层要求薄，金属互连要粗大，同时具备适量的互连阻抗。
MCM封装的优点能够概括为下列三点：1、可大幅进步电路连线密度，晋升封装效力；2、可实现“轻、薄、短、小”的封装设计；3、可晋升封装的牢靠性。
近年，SiP封装技术深化产业人心，那末，MCM与它比拟如何呢？实际上，芯片封装技术的开展是不停提高和翻新的进程，是对原有技术的整顿、迭代、翻新和再开展，MCM和SiP也是如斯。MCM是在各种高密度多层基板上封装，主体是Die，制成部件的电路个别较为繁杂，因此，MCM是一种初级混合集成技术。SIP的市场范围和增长空间比MCM大，SIP是MCM进一步开展的产物，是芯片和元器件在不同任务频段的高密度组装和互连。MCM次要经过将各种Die重叠衔接，元器件较少，通常以数字芯片、存储器为主，而SIP可封装不同制程工艺、不同功用的芯片，芯片之间可进行信号的存取和替换，从而完成一个零碎指标产品的整个互连、功用和机能。
可见，相对于而言，SiP比MCM先进，但这其实不影响后者被愈来愈多的CPU和GPU厂商采取。因此，成熟的技术其实不一定不如先进技术，这与近年成熟制程节点技术火爆，产能供不该求的场面有异曲同工之妙。
MCM、CPU大行其道
关于CPU而言，MCM并非新技术，早在1995年，英特尔推出Pentium Pro时，就曾采取MCM封装技术，用以晋升处置器履行效能。2005年，公布新款Pentium D和Xeon 5000系列CPU时，也都采取了MCM封装技术，过后是业界首款双核CPU。
不外，过来十几年，主流多核CPU更多采取原生多核设计，直到近几年，原生多核设计CPU的中心数量很难有更高增长，使得MCM封装技术从新锋芒毕露。
目前来看，愈来愈多新一代多核CPU开始采取MCM封装。2018年先后，AMD在设计64核办事器CPU时，就采取了该技术。AMD的这一设计是当先英特尔的，价钱只是竞争对手Xeon处置器的一半，并且还更省电。做到这一点，是由于AMD采用了“老设计，新制程”战略，“老设计”就是曾经很成熟的MCM封装技术，“新制程”则是采取过后最早进的7nm制程，以进步中心密度。近两年，AMD将该思绪进一步拓展，也就是当下最为火爆的Chiplet及其封装技术。
关于CPU，特别是办事器CPU厂商来讲，多核产品曾经是标配，由于它不只功耗更低，良率也能进步不少。采取MCM封装设计，厂商在设计多核CPU时，不必非要将一切核都放入繁多晶粒，而是能够设计成多晶粒架构，也就是将一个大核分拆成多个小核，封装在多个晶粒里，再整分解繁多CPU。与原生多核设计比拟，采取MCM封装设计的多核CPU，核数能够完成冲破性增长，乃至翻倍，这也是近年AMD办事器CPU市场范围疾速增长的一个缘故。
不止AMD，本来主意原生多核设计的英特尔，也不能不做出让步，近年在设计新款多核CPU时，从新采取MCM封装，以完成更多中心数量和更高效能。
2019年公布第十代HEDT高端桌面处置器之后，英特尔已有两年多没推出HEDT新品，最新动静显示，该公司可能在2022下半年推出Golden Cove高机能中心HEDT产品，次要是Sapphire Rapids-AP。
在比来泄漏的Xeon CPU基准测试中，动静人士表现，英特尔正在酝酿Sapphire Rapids-AP新阵容，其中“AP”曾被用于使用MCM封装的旗舰级Cascade Lake-AP产品线。Sapphire Rapids-SP系列已采取过4组MCM设计，每个芯片至多有15个核，Sapphire Rapids-SP被视作“AP”的衍生版本。有动静称，HEDT产品线虽然针对台式机市场，但英特尔更偏向于将其投放到任务站市场。作为采取MCM封装的产品，Sapphire Rapids系列包孕许多款SKU，旗舰款的热设计功耗可轻松冲破350W。
近几年，苹果正在争取英特尔和AMD的CPU市场，特别是条记本电脑，苹果在较短期内取患了不错的事迹。该公司设计的CPU一样看中了MCM封装设计。2021年十二月，有业内人士展现了M1 Max芯片底部的暗藏部份，如下图所示，所展现的就是MCM，苹果采取该封装设计的次要目的是将多个Die重叠在一同，从而大大减少CPU和GPU内核数量。
GPU跟进
跟着GPU在数据核心的运用愈来愈遍及，本来用于CPU的MCM封装技术开始向GPU畛域浸透，特别是高机能计算，在业界遭到了愈来愈多的关注。
传统显卡是带有多个GPU的PCB板卡，需求衔接两个独立显卡的Crossfire或SLI桥接器。传统的SLI 和 CrossFire需求 PCIe 总线来替换数据、纹理、同步等。因为GPU之间的渲染时间会发生同步问题，因此在许多状况下，传统的双GPU显卡，即单个PCB上的两个芯片由它互连，每个芯片都有本人的VRAM。SLI或CrossFire的能耗很大，冷却也是一个应战，这些在很长一段时间内都困扰着工程师。MCM是一个独自封装，其板载桥接器取代了传统两个独立显卡之间的Crossfire或SLI桥接器。在高机能计算运用畛域，这类采取MCM封装的GPU劣势显著。
最先将MCM封装技术引入GPU的是AMD。2020年，该公司把游戏卡与专业卡的GPU架构分家了，游戏卡的架构是RDNA，而专业卡的架构是CDNA，首款产品是Instinct MI100系列。2021年，AMD的Q2财报确认CDNA 2 GPU曾经向客户发货了，其GPU中心代号是Aldebaran，它成为该公司首款采取MCM封装的产品。在PC方面，2022年引入下一代RDNA 3架构后，基于MCM的消费级Radeon GPU也会泛起。
制作多芯片计算 GPU 相似于制作多核 MCM CPU，例如Ryzen 5000或Threadripper处置器。首先，将芯片靠得更近能够进步计算效力。AMD 的 Infinity 架构确保了高机能互连，无望使两个芯片的效力接近一个的。其次，使用先进的工艺技术批量出产多个小芯片比大芯片更易，由于小芯片通常缺点较少，因此比大芯片的产量更好。
不久前，AMD公布了基于RDNA 3架构的GPU，也就是Radeon RX 7000，该系列最新显卡有三款GPU，分别是Navi 31、Navi 32和Navi 33，其中，Navi 31和Navi 32将采取MCM封装。
GPU大厂英伟达也在跟进MCM封装。
目前，英伟达在MCM封装GPU上的计划称为“Composable On Package GPU”（COPA）。COPA GPU架构拥有混合/婚配多个硬件块才能，它能更好地顺应现今高机能计算的静态任务负载和深度学习环境。这类整合更顺应多品种型任务负载，可带来更高程度的GPU复用。
面向数据核心和消费市场，英伟达分别推出了基于Hopper架构和Ada Lovelace架构的GPU。据悉，该公司只会在Hopper架构GPU上采取MCM技术，Ada Lovelace架构GPU仍会保存传统的封装设计。
作为英伟达第一款基于MCM技术的GPU，Hopper架构产品将采取台积电5nm制程工艺，反对HBM2e和其它衔接特性，竞争对手是AMD的CDNA 2架构产品，以及英特尔的Xe-HP架构GPU。
在独立显卡GPU的研发方面，英特尔后进了不少，看到英伟达在GPU市场呼风唤雨，英特尔坐不住了，近年在这方面鼎力投入，以期遇上产业步调。而在MCM封装GPU方面，该公司也有了新举措。
不久前，英特尔发布新专利，形容了多个计算模组如何协同任务履行图象渲染，表现该公司GPU将采取MCM封装设计。在新专利中，英特尔提出GPU图象渲染解决计划，将多芯片整合至同一单元，解决制作和功耗等问题，同时优化可扩展性和互联性。
据悉，英特尔整合了运算模组的棋盘格局渲染，还有散布式运算，使多芯片设计GPU有更高的运算效力。虽然该公司没有对架构细节做深化形容，但估量搭载MCM封装GPU的Intel Arc显卡离咱们不远了。
综上，无论是CPU，仍是GPU，各大厂商都愈来愈多地采取了MCM封装技术，掀起了一波“怀旧”热潮。MCM可分为下列三种根本类型：
MCM可分为下列三种根本类型：
MCM-L：是采取片状多层基板的MCM，MCM-L是高密度封装的PCB技术，合用于采取键合和FC工艺的MCM。MCM-L不合用于有长时间牢靠性要乞降使用环境温差大的场所。 |
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