معماری داخلی

یک interposer عملکرد مشابهی را انجام می دهد برد مدار چاپی (PCB)، اما وقتی interposer به داخل بسته منتقل می شود تأثیر قابل توجهی دارد.

نه PCB قدیمی و نه ابزار طراحی IC نمی توانند وظایف طراحی و تحلیل لازم را به طور کامل انجام دهند. اما شاید مهمتر از آن، اضافه کردن یک interposer به یک طرح ممکن است نیاز به تغییرات سازمانی داشته باشد. امروزه، شرکت‌های پیشرو نشان داده‌اند که interposerها می‌توانند کار کنند و آنها را قادر می‌سازد تا سیستم‌های بزرگ‌تر و توانمندتری را نسبت به زمانی که تنها بر مقیاس‌سازی فناوری تکیه کنند، بسازند.

La مداخله گر یک عنصر اساسی از 2.5D و بسته بندی سه بعدی فن آوری ها و در آینده امکان الف تراشه بازار برای توسعه جان پارک، مدیر گروه مدیریت محصول، می‌گوید: «ما می‌توانیم بسته‌بندی 2.5 بعدی را به‌عنوان یک طراحی چند تراشه‌ای تعریف کنیم که از یک interposer به عنوان سطح میانی اتصال بین تراشه (لت‌ها) و بسته‌های BGA/LGA ارگانیک استفاده می‌کند. بسته بندی آی سی و راه حل های کراس پلتفرم در آهنگ. ماده interposer می تواند سیلیکون باشد از طریق سیلیکون vias (TSV)لایه بازتوزیع آلی (RDL) یا شیشه. در مورد اینترپوزرهای سیلیکونی، آنها می توانند غیرفعال یا فعال (لایه های دستگاه) باشند.

وظیفه ای که interposer انجام می دهد، اتصال الکتریکی سیگنال ها در تراشه ها / تراشه های مختلف است. به طور معمول، interposers یک بزرگراه پل بین ASICیون چیس، کارمند ارشد، مهندس برنامه های کاربردی یکپارچگی سیگنال و توان برای زیمنس EDA. "این مستلزم آن است که داده های با سرعت بالا باید توسط پل های PHY مخابره شوند، بنابراین به حداقل رساندن انتقال لایه سیگنال بین PHY بسیار مهم است."

interposer تعداد سیگنال هایی که بسته می شوند را کاهش می دهد. مانوئل موتا، مدیر بازاریابی محصول می گوید: "چیزها نزدیک تر هستند و انگلی ها کمتر هستند، بنابراین ممکن است فکر کنید که طراحی و تجزیه و تحلیل ساده تر است." Synopsys. اما به حافظه با پهنای باند بالا فکر کنید (HBM). این از رابط های موازی برای ارتباطات مرگ به مرگ (D2D) استفاده می کند. تعداد سیگنال ها و تعداد برآمدگی هایی که از یک طرف به طرف دیگر عبور می کنند بسیار بیشتر از زمانی است که با استفاده از نوعی سریال سازی به خارج از بسته می رفتید. یک رابط حافظه DDR معمولاً پین های کمتری نسبت به نوع حافظه HBM دارد. بنابراین، وقتی وارد این میان‌پیچ بسیار شلوغ می‌شوید و در بالای آن می‌میرید، جنبه دیگری از پیچیدگی وجود دارد.»

به علاوه، این کار برای افزایش عملکرد و کاهش مصرف برق انجام می شود. اندی هاینیگ، رهبر گروه برای یکپارچه سازی سیستم های پیشرفته و رئیس بخش الکترونیک کارآمد در می گوید: «Interposer ها بیشتر برای کاهش توان مورد نیاز برای انتقال مقادیر عظیم داده بین قالب های مختلف استفاده می شوند. بخش مهندسی سیستم های تطبیقی ​​Fraunhofer IIS. کاهش توان تنها زمانی محقق می شود که نوسان سیگنال به پایین ترین سطح کاهش یابد زیرا ارتباط قوی بین ارتفاع نوسان سیگنال و مصرف انرژی وجود دارد. این بدان معنی است که مشکلات یکپارچگی سیگنال در طراحی های interposer بسیار مهم است.

ادغام یک interposer عناصر بسته بندی، طراحی تخته، طراحی تراشه، و احتمالاً مهمتر از همه، طراحی سیستم را گرد هم می آورد. Mota از Synopsys می‌گوید: «این یک فرآیند سریالی نیست که در آن چیپ خود را طراحی می‌کنید و سپس در مورد بسته و interposer فکر می‌کنید. "Interposer در طراحی سیستم مرکزی است، و باید از قالب هایی که روی آن قرار می گیرد آگاه باشد. عکس آن نیز صادق است. این نیاز به یک رویکرد موازی یا طراحی مشترک کل سیستم دارد. تیم های مختلف باید از نزدیک با هم کار کنند و باید زبان مشترکی داشته باشند.»

تفاوت آن با PCB چیست؟ براد گریفین، مدیر گروه مدیریت محصول برای تجزیه و تحلیل سیستم چند فیزیک، می گوید: «طراحی interposer ممکن است شبیه به یک طراحی PCB پیچیده باشد، اما پیچیدگی interposer های سیلیکونی پیشرفته با TSV و ادغام سه بعدی بسیار بیشتر از آنچه در PCB معمولی انجام می شود، می باشد. ، آهنگ و ریتم. ابزارهای طراحی و تحلیل نیاز به پشتیبانی از مجموعه داده های بسیار بزرگتر دارند و باید بر شبیه سازی های بزرگ با استفاده از چندین موتور محاسباتی به صورت موازی تکیه کنند. بنابراین اگرچه ممکن است شباهت‌هایی وجود داشته باشد، اما این یک دنیای کاملاً جدید است.»

طراحی جریان دارد
یکی از کلمات رایج این روزها این استتغییر سمت چپو این مطمئناً در مورد ادغام یک interposer در جریان توسعه صادق است. مارک سوئینن، مدیر بازاریابی محصول در می گوید: "مشکلات زیادی در ساختار نحوه طراحی این ماژول چند تراشه ای اساسی هستند و باید به برخی از سوالات زودتر پاسخ دهید." انسیس. «مسئله حرارتی واضح است. شما نمی خواهید دو چیپس خیلی داغ بردارید و آنها را روی هم بچینید. کدام یک هات چیپ ها هستند و نقاط داغ در آن چیپ ها کجا هستند؟ سپس، باید در مورد شبکه توزیع برق و اینکه چه نوع افت ولتاژ را در نظر بگیرید فکر کنید. همه اینها باید قبل از قفل کردن معماری برنامه ریزی شوند. در مرحله نمونه سازی است که بسیاری از این اتفاقات رخ می دهد، و بسیاری از فیزیک به سمت چپ کشیده می شوند (تغییر به چپ). این را باید خیلی زود تحلیل کرد.»

حرارتی یک چالش فزاینده است زیرا به این معنی است که مرگ‌های فرد حتی اگر از نظر فیزیکی یا الکتریکی متصل نباشند جفت می‌شوند. این امر پارتیشن بندی تحلیل را مشکل ساز می کند. نزدیکی آنها همچنین احتمال سایر اشکال تداخل بین قالب ها را افزایش می دهد. کنت لارسن، مدیر بازاریابی محصول Synopsys می‌گوید: «بعضی از مردم به دنبال ادغام فوتونیک در اینترپوزر هستند. آنها بسیار پر سر و صدا هستند. نویز زیادی در سیستم ها وجود دارد و این بر عملکرد کل سیستم تأثیر می گذارد.

باید با چند موضوع برخورد کرد. زیمنس می‌گوید: «نمونه‌سازی/برنامه‌ریزی اولیه با یکپارچگی سیگنال پیش‌بینی‌کننده (SI)/یکپارچگی توان (PI) و آنالیز حرارتی با استفاده از تکنیک‌های بهینه‌سازی مشترک فناوری سیستم (STCO) (نگاه کنید به شکل 1) کلیدی برای جلوگیری از اجرای سناریوی پلان اشتباه است. ' تعقیب. گردش‌های کاری مبتنی بر PCB و بسته‌ها برای مدیریت کانال‌های سیگنال طولانی‌تر و هندسه‌های غیرمنهتنی طراحی شده‌اند که از چندین بستر مانند مادربرد، برد دختر و سیستم‌های مبتنی بر هواپیمای پشتی عبور می‌کنند.

شکل 1: زمانی که interposer ها یکپارچه می شوند، بهینه سازی مشترک ضروری است. منبع: Siemens EDA

اما آنها ممکن است چالش هایی را برای ابزار PCB موجود ایجاد کنند. لارسن از سینوپسیس می‌گوید: «برخی از ابزارهای قدیمی‌تر در مقیاس‌بندی بین 10,000 تا 20,000 اتصال مشکل دارند، و چیزی که ما با interposers می‌بینیم این است که اتصال فوق‌العاده است. ما در مورد صدها هزار یا میلیون‌ها اتصال صحبت می‌کنیم، و این فراتر از بسیاری از ابزارها است. ممکن است مجبور شوید ترکیبی را در نظر بگیرید که در آن ابزارهای آی سی را می گیرید و کارهایی را که در آن خوب هستند انجام می دهید، مانند برخورد با این مقیاس ها برای اینکه interposer را از طریق تجزیه و تحلیل، بهینه سازی و ادغام آن در یک طراحی بسته بندی سنتی تر بازگردانید. سازمان‌ها باید در نظر داشته باشند که چه زمانی با معماران، سرنخ‌های بسته‌بندی و سرنخ‌های سیلیکونی در مورد ابزار مناسب مورد نیاز بحث و گفتگو کنند.

این ایده آل نیست. کیت فلتون، مدیر بازاریابی محصول برای بسته‌بندی پیشرفته با چگالی بالا در Siemens EDA می‌گوید: «جریان‌های طراحی مانند یک هیبرید به نظر می‌رسند، نه ماهی و نه مرغ، زیرا ما در حال همگرایی هستیم. «جریان‌های کاری PCB قادر به مسیرهای سیگنال چند لایه هستند و می‌توانند مواد زیرلایه و پشته‌های مختلف را مدیریت کنند. مواد و ساختارهایی وجود دارند که سیلیکون یا سیلیکون مانند هستند و برای این ابزارهای طراحی IC برای استخراج و مدل‌سازی آنها مناسب‌تر هستند.

تا زمانی که ابزارهای جدید به طور کامل توانایی نداشته باشند، چالش های سازمانی ایجاد می کند. Swinnen از Ansys می گوید: «این یک مشکل فنی به طور خاص نیست، یک مشکل سازمانی است. «این فناوری جدید در سازمان‌هایی که دارند جا نمی‌شود. شما شرکت هایی دارید که از دو طرف به آن برخورد می کنند. اول، شما شرکت‌هایی دارید که بیشتر مدار مدار چاپی محور هستند و از طرف بسته‌بندی و PCB به آن نزدیک می‌شوند. آنها اکنون جزئیات بیشتری در مورد تراشه ها اضافه می کنند. اما شما شرکت‌های دیگری دارید که بیشتر تراشه محور هستند و آن‌ها از سمت تراشه آن را به عنوان افزودن اطلاعات بیشتر بسته‌بندی و نوع PCB می‌بینند. این دو جهان در حال نزدیک‌تر شدن به هم هستند.»

جنبه های اضافی در جریان نیز ضروری خواهد بود. موتا می‌گوید: «شما می‌توانید هزاران سیگنال داشته باشید که از یک دای به دیگری می‌روند و شکست‌ها رخ خواهند داد. "چطور از پس این بر می آیی؟ شما این کار را با افزونگی انجام می دهید. ما قبلاً این را با رابط های موازی مانند HBI یا AIB و HBM می بینیم. شما باید افزونگی و توانایی انجام تست و تعمیر پس از مونتاژ را داشته باشید. این به شما استحکام بیشتری می‌دهد.»

ابزارهای جدید یک عنصر ضروری برای افزایش پذیرش هستند. Swinnen می گوید: «ابزارهای EDA بخشی از این بار را برای حمل دارند زیرا باید این کار را آسان تر کنند. ابزارهای EDA به طور سنتی بین PCB از یک سو و تراشه از سوی دیگر کاملاً مجزا بوده اند. این به نسل جدیدی از ابزارها نیاز دارد که به طور خاص آی سی سه بعدی را هدف قرار می دهند. ابزارهای موجود در رویکردی که به این موضوع دارند تا حدودی نزدیک‌بین هستند و به دامنه وسیع‌تری نیاز دارند.»

این ابزارها همچنین باید به سمت زمینه های جدید پیش بروند. پارک می گوید: «اندازه فیزیکی یک اینترپوزر سیلیکونی معمولاً به اندازه 1.5 برابر یا 2 برابر شبکه محدود است. به همین دلیل، شرکت‌ها می‌خواهند جابجایی برخی تراشه‌ها را از interposer و روی BGA لمینت ارزیابی کنند. آنها نیاز به تایید الکتریکی عملکرد، مانند قرار دادن یک سرعت بالا دارند SerDes در لمینت BGA در مقابل روی اینترپوزر. این واقعاً یک چالش در سطح سیستم است."

ادغام عمودی
شرکت‌هایی که با استفاده از interposers موفق بوده‌اند نیز شرکت‌هایی هستند که به صورت عمودی یکپارچه شده‌اند که می‌توانند همه چیز را در جریان مدیریت کنند. آنها وظیفه بهینه سازی سیستم کامل را دارند.

ما همچنین یک مورد، HBM را دیده‌ایم که در آن استانداردهای لازم در نظر گرفته شده است و این امکان را می‌دهد که طراحی و ساخت حافظه‌ها از طراحی تراشه و interposer جدا شود. ریخته‌گری‌ها همچنین تلاش می‌کنند تا طرح‌های اثبات‌شده‌ای را ارائه دهند که می‌توانند مجدداً مورد استفاده قرار گیرند و خطرات مرتبط با پذیرش این فناوری را کاهش دهند.

اما این تمایل در صنعت وجود دارد که به طور کامل این را از هم جدا کند. این اجازه می دهد تا طراحی تراشه توسط یک یا چند شرکت انجام شود و طراحی داخلی و ادغام توسط یک شرکت متفاوت انجام شود.

این امر نه تنها مستلزم استانداردسازی بیشتر در ابزارها، بلکه در متدولوژی ها و خود اتصالات است. Swinnen می‌گوید: «اگر می‌خواهید یک چیپلت عمومی بسازید که می‌تواند در هر interposer استفاده شود، باید استانداردهایی وجود داشته باشد. "شما به نوعی نیاز دارید نوارهای نگهبانی به عنوان مثال، ممکن است میزان افت ولتاژ را تعیین کنید. شما در مورد PCB ها نیز همین مشکل را دارید، جایی که مشکلات مشابهی دارید. ولتاژ شما باید در حد معینی باشد تا حتی تراشه های جداگانه به درستی کار کنند.

اگر بازار interposer و بسته بندی مانند بازار PCB امروزی به پایان برسد، مفاهیم یکپارچه سازی تغییر می کند. می‌گوید: «یکی از گرایش‌های جالب چیپ‌لت‌ها این است که می‌توانید سیستمی با مقداری توانایی برای یک بازار طراحی کنید، و سپس از بیشتر بسته‌ها دوباره استفاده کنید - شاید فقط یک قالب را برای رفع نیازهای یک بازار دیگر حذف کنید.» لارسن. «این بُعد جدیدی به پیچیدگی می‌آورد. ممکن است از یک interposer برای چندین بازار استفاده شود، به این معنی که بسته به بازار نهایی، قالب‌های مختلفی را وصل می‌کنید.

ابزارهای جدید و مدل های جدید مورد نیاز است. Heinig از Fraunhofer می گوید: "مشکلات یکپارچگی سیگنال در طول مرحله اکتشاف به دلیل از دست دادن مدل های از پیش تعریف شده اتصال ایجاد می شود." در طول مرحله راستی‌آزمایی، روش‌های استخراج انگلی کل مسیر وجود ندارد. در حال حاضر، هیچ روش واقعی هم‌طراحی برای بهینه‌سازی بسته‌های چیپ در بازار موجود نیست. همچنین، ابزارهایی برای اکتشافات اولیه طراحی در دسترس نیستند اما ضروری هستند.

نتیجه
ابزارهایی که امروزه وجود دارند، توانایی کافی را برای شرکت های پیچیده و یکپارچه عمودی فراهم می کنند تا همه چیز را به درستی انجام دهند. ابزارها، روش‌شناسی‌ها، مدل‌ها و استانداردهای جدیدی برای تبدیل شدن به یک فناوری اصلی مورد نیاز است و این امر مستلزم تلاشی هماهنگ از سوی کل اکوسیستم است. نشان داده شده است که می توان آن را انجام داد، و اکنون باید این امر را گسترش داد تا روش شناسی عمومی تر ظاهر شود.

بخش اعظم این کار در حال انجام است، و زمانی که هزینه‌های مرتبط با اینترپوزر کاهش یابد، نسل جدیدی از دستگاه‌های با کارایی بالا و کم مصرف به وجود می‌آید که می‌توانند به دلخواه شخصی‌سازی شوند. این یک عنصر ضروری بیش از مور است و ظهور چیپلت ها به طور چشمگیری هزینه های NRE مرتبط با این نوع طراحی را کاهش می دهد. این هدف بوده است DARPA برنامه استراتژی‌های استفاده مجدد (CHIPS) یکپارچه‌سازی ناهمگن و مالکیت معنوی (IP) که در سال 2017 راه‌اندازی شد و ممکن است به واقعیت نزدیک‌تر شود.

مربوط
مرکز دانش Interposers
داستان های برتر، وبلاگ ها و مقاله های سفید در مورد interposers.
HBM3: تاثیر بزرگ بر طراحی تراشه
سطوح جدید عملکرد سیستم، معاوضه های جدیدی را به همراه دارد.
تراشه سازان در مورد فوتونیک یکپارچه جدی می شوند
این فناوری می تواند موج بعدی قانون مور را فعال کند. برای تحقق آن چه چیزی لازم است؟

منبع: https://semiengineering.com/architecting-interposers/