首次涉足3D封装，AMD公布3D V-Cache技术细节

shuszhao

AMD 的 3D V-Cache 标志着该公司首次涉足 3D 封装，该公司在 Hot Chips 33 上的演示中分享了其制造工艺背后的更多细节。

3D V-Cache 使用了一种新颖的混合键合技术，融合了额外的 64MB 7nm SRAM 缓存垂直堆叠在 Ryzen 计算小芯片的顶部，使每个 Ryzen 芯片的 L3 缓存数量增加三倍。

这项新技术可以为每个芯片提供高达 192MB 的 L3 缓存，并且 AMD 演示了 Ryzen 9 5900X 使用新缓存在 1080p 游戏中获得了 15% 的性能提升，这大致是我们可以从新的缓存中获得的性能。

CPU 微架构和/或进程节点。但是，AMD 使用与标准 Ryzen 5000 型号相同的 7nm 节点和 Zen 3 架构完成了这一壮举。这一进步还伴随着芯片顶部堆叠的单个裸片——AMD 表示未来它可以堆叠不止一层，这将进一步提高容量。
AMD 在展示后透露，它可以通过新的 3D V-Cache 芯片实现与标准 Ryzen 型号类似的产量，这意味着它已经跨越了带来芯片所需的障碍，这些芯片将于今年年底投入生产，到市场。


AMD 使用台积电的 SoIC 工艺将计算芯片顶部的 SRAM 小芯片与连接两个芯片的 TSV 的直接铜对铜电介质接合融合在一起。这种技术不使用焊料微凸点来连接两个芯片，从而实现了更密集、更高效的互连，其互连密度是 2D 小芯片的 200 倍。
台积电采用两相键合技术将两个芯片熔合在一起。第一阶段在室温下使用亲水性电介质到电介质键合工艺，然后对电介质连接进行退火键合。第二阶段是通过固态扩散形成键的直接铜对铜键合。AMD 表示，该技术使用类似硅晶圆厂的制造技术，后端类似于 TSV，这意味着生产流程类似于常规芯片的生产流程。
AMD 将 SRAM 芯片保持在底层 L3 缓存的中央，以减少 SRAM 暴露于 CPU 内核的热量。此外，AMD 使用相同的混合键合工艺在 CPU 内核上放置结构硅，从而为小芯片创建统一的高度，有助于冷却芯片。
相对于微凸点 3D 连接，AMD 表示 3D V-Cache 的互连效率是互连效率的三倍，每比特能耗不到三分之一，互连密度提高 15 倍，以及更好的信号和功率传输特性。



AMD 的方法在两个芯片之间提供 2 TB/s 的吞吐量。该公司表示，延迟影响很小，并且在更高容量的 L3 缓存的标准范围内（缓存的原始访问时间随容量扩展）。
第一张图显示了三种不同互连方法之间的互连密度。虽然 AMD 的新互连具有 9 微米 (μm) 的间距（TSV 之间的距离），但标准 C4 封装的间距为 130 微米，而 Microbump 3D 的间距为 50 微米。
相比之下，英特尔出货的第一代 EMIB 连接的间距为 55 微米，而其将于 2023 年推出的第二代 EMIB 的间距为 45 微米。然而，英特尔即将推出的 Foveros Direct 是最直接可比的互连技术，英特尔声称它在 2023 年底上市时的间距将低于 10 μm。同时，台积电的 9 μm 混合键合将在明年早些时候上市AMD 的 3D V-Cache 处理器。

AMD 当前的内存逻辑只是该行业更广泛趋势的开始。随着 TSV 间距在连续几代技术中改进，它将解锁其他更精细的堆叠技术，例如 CPU 上的 DRAM/HBM，以及将整个 CPU 堆叠在 CPU 之上。
进一步的发展可以找到更精细的方法，例如将 CPU 核心堆叠在其他核心之上，并将核心堆叠在非核心之上（英特尔已经在 Lakefield 中做到了这一点）。更进一步，我们可以看到宏对宏的堆叠，这意味着核心微架构的各种元素相互堆叠，甚至 IP 折叠/拆分和电路切片。
自然，这些遥远的技术还没有出现在绘图板上，将带来很多挑战，特别是在散热方面，但 AMD 和其他公司确实看到这些技术在未来出现。

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