Chiplets如此重要的确切原因分析及Chiplets封装清洗

发布时间：2023-11-15 👁 2287 Tags：分隔式处理器先进芯片封装清洗 Chiplets技术

什么是Chiplets？

Chiplets是分隔式的处理器。不是将每个部分合并到一个芯片中（被称为单片机的方法），而是将特定的部分作为独立的芯片来制造。然后，这些独立的芯片通过一个复杂的连接系统被安装在一起，成为一个单一的封装。

这种安排使能够让使用最新的制造方法的部件尺寸缩小，提高了工艺的效率，使其能够装入更多的部件。

芯片中不能明显缩小或不需要缩小的部分可以用更旧的、更经济的方法生产。

虽然制造这种处理器的过程很复杂，但总体成本通常较低。此外，它为处理器公司提供了一个更易于管理的途径来扩大其产品范围。

为了充分理解为什么处理器制造商转向芯片，我们必须首先深入了解这些设备是如何制造的。CPU和GPU开始时是由超纯硅制成的大圆盘，通常直径略小于12英寸（300毫米），厚度为0.04英寸（1毫米）。

这块硅片经历了一系列复杂的步骤，形成了不同材料的多层--绝缘体、电介质和金属。这些层的图案是通过一种叫做光刻的工艺创建的，在这种工艺中，紫外线通过放大的图案（掩膜）照射，随后通过透镜缩小到所需的尺寸。该图案以设定的间隔在晶圆表面重复出现，每一个都将最终成为一个处理器。由于芯片是长方形的，而晶圆是圆形的，图案必须与圆盘的周边重叠。这些重叠的部分最终会被丢弃，因为它们是无功能的。

一旦完成，将使用应用于每个芯片的探针对晶圆进行测试。电检结果告知工程师关于处理器的质量与一长串标准的关系。这个初始阶段被称为芯片分选，有助于确定处理器的 "等级"。例如，如果该芯片打算成为一个CPU，那么每个部分都应该正确运作，在特定的电压下在设定的时钟速度范围内运行。然后根据这些测试结果对每个晶圆部分进行分类。

完成后，晶圆被切割成单独的碎片，或称 "模具"，可供使用。然后，这些模具被安装在一个基板上，类似于一个专门的主板。处理器经过进一步的包装（例如，用散热器），然后就可以进行销售了。整个过程可能需要数周的制造时间，台积电和三星等公司对每个晶圆收取高额费用，根据所使用的工艺节点，费用在3000至20000美元之间。

"工艺节点 "（Process node）是用来描述整个制造系统的术语。历史上，它们是以晶体管的栅极长度命名的。然而，随着制造技术的改进，允许越来越小的组件，命名不再遵循芯片的物理方面，现在它只是一个营销工具。然而，每一个新的工艺节点都会带来比前者更多的好处。它的生产成本可能更低，在相同的时钟速度下消耗更少的功率（或者相反），或者具有更高的密度。后者衡量的是在一个给定的芯片区域内可以容纳多少元件。在下图中，你可以看到这些年来GPU（你在PC中发现的最大和最复杂的芯片）的发展情况。

工艺节点的改进为工程师提供了提高其产品能力和性能的手段，而不必使用大而昂贵的芯片。然而，上图只说明了部分情况，因为不是处理器的每个方面都能从这些进步中受益。芯片内的电路可以被分配到以下几大类中的一类：（1）逻辑，处理数据、数学和决策；（2）存储器，通常是SRAM，用于存储逻辑的数据；（3）模拟，管理芯片和其他设备之间信号的电路。

当逻辑电路随着工艺节点技术的每一次重大进步而继续缩小时，模拟电路几乎没有变化，SRAM也开始达到极限。

虽然逻辑仍然构成了芯片的最大部分，但今天的CPU和GPU中的SRAM数量在近年来有了显著增长。例如，AMD在其Radeon VII显卡中使用的Vega 20芯片的L1和L2缓存合计为5MB。仅仅两代GPU之后，Navi 21就有超过130MB的各种缓存--比Vega 20多了25倍，令人瞩目。

可以预期，随着新一代处理器的开发，这些水平将继续提高，但由于存储器的规模没有像逻辑那样缩小，在同一工艺节点上制造所有电路的成本效益将越来越低。

在一个理想的世界里，人们在设计芯片时，模拟部分在最大和最便宜的节点上制造，SRAM部分在更小的节点上制造，而逻辑部分则保留给绝对尖端的技术。不幸的是，这在实践中是无法实现的。然而，存在一种替代方法。

用Chiplets实现摩尔定律

尽管在半导体制造方面取得了巨大的技术进步，但每个部件可以缩小的程度是有明确限制的。为了继续提高芯片的性能，工程师们基本上有两个途径：增加更多的逻辑，用必要的内存来支持它，以及提高内部时钟速度。关于后者，一般的CPU在这方面已经多年没有明显的变化了。AMD的FX-9590处理器，从2013年开始，在某些工作负载中可以达到5GHz，而其当前型号的最高时钟速度是5.7GHz（Ryzen 9 7950X）。

英特尔最近推出了酷睿i9-13900KS，在合适的条件下能够达到6GHz，但其大多数型号的时钟速度与AMD的相近。

然而，改变的是电路和SRAM的数量。前面提到的FX-9590有8个核心（和8个线程）和8MB的L3缓存，而7950X3D拥有16个核心、32个线程和128MB的L3缓存。英特尔的CPU在核心和SRAM方面也有类似的扩展。

Nvidia的第一个统一着色器GPU，即2006年的G80，由6.81亿个晶体管、128个内核和96 kB的二级缓存组成，其芯片面积为484 mm2。快进到2022年，当AD102推出时，它现在由763亿个晶体管、18432个内核和98304 kB的二级缓存组成，芯片面积为608 mm2。

1965年，飞兆半导体公司的联合创始人戈登·摩尔（Gordon Moore）观察到，在芯片制造的早期，在固定的最低生产成本下，芯片内的元件密度每年都在翻番。这一观察被称为摩尔定律，后来根据制造趋势，被解释为 "芯片中的晶体管数量每两年翻一番"。

近六十年来，摩尔定律一直是对半导体行业发展进程的合理准确描述。CPU和GPU在逻辑和内存方面的巨大进步是通过工艺节点的不断改进实现的，这些年来，组件变得越来越小。然而，这种趋势不可能永远持续下去，无论出现什么新技术。

像AMD和英特尔这样的公司并没有等待这个极限的到来，而是转向了Chiplets，探索它们的各种组合方式，以继续在创造更强大的处理器方面取得进展。

几十年后的今天，普通的个人电脑可能是由手掌大小的CPU和GPU组成的，但是剥开散热片，你会发现有许多微小的芯片--不是三四个，而是几十个，都巧妙地拼接和堆叠在一起。

Chiplets的主导地位才刚刚开始。

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这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

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