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TCI介面實現無線互連的3D晶片堆疊

上網時間: 2014年04月07日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:TCI  介面  TSV  矽穿孔  ThruChip 

封裝中的晶片可望透過無線互連的方式進行通訊,讓工程師在打造3D晶片堆疊時減少昂貴的佈線鏈路。ThruChip Communications日前推出一種具有感應式耦合的佈線鏈路,據稱可為現正開發中的矽穿孔(TSV)技術降低40%的成本。

這種可實現無線互連的3D‘晶片上網路’稱為ThruChip介面(TCI)。TCI採用近場感應式耦合,能夠實現11Gb/s/ch的資料傳輸速率、BER <10-14的可靠性以及0.14pJ/B的功耗,不僅在性能上可媲美TSV,同時由於採用標準CMOS數位電路建置收發器,因而在成本方面也比TSV更低(每晶片約少20美分)。

該介面具備高抗噪與抗干擾能力,能夠免於使用ESD保護元件,進一步降低了延遲、功耗與晶片面積。此外,TCI介面採用AC耦合鏈路,可簡化多個/可變VDD的介面設計。更薄的晶圓厚度還使成本/性能指數進一步提高。

授權該技術的這家新創公司最近聘請了Dave Ditzel擔任執行長。這位經驗豐富的微處理器設計師表示,這項技術由日本慶應大學(Keio University)教授黑田忠?首創,將會對於業界帶來廣大的影響,特別是在DRAM與快閃記憶體晶片的堆疊。

黑田忠?是“世界上最有名的電路設計教授之一,這幾年來我因為擔任顧問常聘用他的學生,因而一直與他有所聯繫, ”曾經先後在英特爾(Intel)、新創的Transmeta以及先前的Sun Microsystems等公司帶領CPU設計團隊的Ditzel說。

透過TCI介面從機械轉換至電氣途徑,可實現相當於TSV的性能。
透過TCI介面從機械轉換至電氣途徑,可實現相當於TSV的性能。
(來源:ThruChip Communications)

目前有越來越多的公司團隊正開發所謂的2.5D堆疊,採用並排方式佈局晶片,再透過導線鏈路連接至其下的矽中介層。但工程師們也正致力於下一個重大進展,透過微小的TSV鑽孔來連結垂直堆疊的晶片。但截至目前為止,由於受到成本與複雜度等問題的限制,這項技術多半仍處於原型階段。

如今,透過ThruChip的無線方式,比起採用TSV的方式更簡單、更低功耗,也更便宜。去年底才加入ThruChip公司的Ditzel表示,該公司未來的目標是建立一支矽谷支援團隊,協助業界公司在其晶片中設計耦合線圈。

新創的ThruChip Communications成立於2007年,從黑田教授發表這項技術的十年來已經設計10款測試晶片了。在一項加載千個50-100um線圈以實現TB/s鏈路的測試中顯示,採用中繼器可使訊號傳送穿過128個晶片。但該鏈路僅傳送資料,並依靠傳統導線鏈路來傳送電源與接地訊號。

不過,也有業界3D堆疊專家對此提出質疑。加州EDA2ASIC諮詢公司負責人Herb Reiter指出,儘管採用無線的方式可免於使用TSV所需的極薄晶圓等較難實現的過程,但卻也帶來了有關線圈調整以及必須消除其間的干擾等新的議題。此外,線圈的大小又是另一個問題。“我疑這些線圈是否能做得夠小到足以與帶有TSV的晶片面積競爭──甚至還得包括TSV保留區(KOZ),”Reiter說。

該新介面技術適用於串擾小的高密度平行通道應用,如以NAND Falsh快閃記憶體堆疊的固態硬碟(SSD)、高速低功耗的DRAM介面。除了記憶體堆疊以外,該技術還可用於工程師現正努力開發的TSV任務以及其他應用中。此外,在擴展該技術的通訊距離至毫米範圍後,還可穿過外部封裝偵測內部匯流排資料,以進行除錯以及非接觸式晶圓同步測試等。

相較於有線連接,無線方式使用更少的I/O功耗,特別適用於大規模的堆疊。Ditzel指出,“其用途還包括連接到記憶體晶片、各種行動與雲端處理器以及相機背面成像儀等,”預計這種透過感應式耦合傳送無線電源的方式,還將進一步擴大應用範圍。

TCI與TSV技術比較表
TCI與TSV技術比較表。
(來源:ThruChip Communications)

編譯:Susan Hong

(參考原文:Startup Stacks Chips Wirelessly,by Rick Merritt)





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