Módulo multichip

Un módulo multichip (MCM) es genéricamente un conjunto electrónico (como un paquete con varios terminales conductores o "pines" ) donde se integran múltiples circuitos integrados (CI o "chips"), matrices semiconductoras y/u otros componentes discretos, generalmente en un sustrato unificador, de modo que en uso pueda tratarse como si fuera un CI más grande . Otros términos para el empaquetado MCM incluyen "integración heterogénea" o "circuito integrado híbrido". La ventaja de usar empaques MCM es que permite al fabricante usar múltiples componentes para lograr modularidad y/o mejorar el rendimiento con respecto a un enfoque de circuitos integrados monolíticos convencionales.

Un módulo multichip Flip Chip (FCMCM) es un módulo multichip que utiliza tecnología de chip invertido. Un FCMCM puede tener un troquel grande y varios troqueles más pequeños, todos en el mismo módulo.

Descripción general

Los módulos multichip vienen en una variedad de formas dependiendo de la complejidad y las filosofías de desarrollo de sus diseñadores. Estos pueden variar desde el uso de circuitos integrados preempaquetados en una pequeña placa de circuito impreso (PCB) destinada a imitar la huella de un paquete de chips existente hasta paquetes de chips totalmente personalizados que integran muchas matrices de chips en un sustrato de interconexión de alta densidad (HDI). El sustrato MCM ensamblado final se puede realizar de una de las siguientes maneras:

• El sustrato es un tablero de circuito impreso laminado multicapa (PCB), como los utilizados en los procesadores Zen 2 de AMD.
• El sustrato está construido sobre cerámica, como la cerámica de baja temperatura.
• Los IC se depositan en el sustrato base utilizando la tecnología Thin Film.

Los IC que componen el paquete MCM pueden ser:

• ICs que pueden realizar la mayoría, si no todas las funciones de un componente de una computadora, como la CPU. Ejemplos de esto incluyen implementaciones del POWER5 de IBM e Intel Core 2 Quad. Múltiples copias del mismo IC se utilizan para construir el producto final. En el caso de POWER5, se utilizan varios procesadores POWER5 y su caché L3 para crear el paquete final. Con el Core 2 Quad, efectivamente, dos Core 2 Duo dies fueron empaquetados juntos.
• ICs que realizan sólo algunas de las funciones, o "Bloques de Propiedad Intelectual" ("Bloques IP"), de un componente en un ordenador. Estos son conocidos como chiplets. Un ejemplo de esto son los IC procesados y I/O IC de los procesadores Zen 2 de AMD.

Un interposer conecta los circuitos integrados. Suele ser orgánica (una placa de circuito laminada que contiene carbono, por lo tanto, orgánica) o está hecha de silicio (como en la memoria de alto ancho de banda). Cada uno tiene ventajas y limitaciones. El uso de interposers para conectar varios circuitos integrados en lugar de conectar varios circuitos integrados monolíticos en paquetes separados reduce la potencia necesaria para transmitir señales entre circuitos integrados, aumenta la cantidad de canales de transmisión y reduce los retrasos causados por la resistencia y la capacitancia (retrasos de RC). Sin embargo, la comunicación entre chiplets consume más energía y tiene una latencia más alta que los componentes dentro de circuitos integrados monolíticos.

MCM de pila de chips

Un desarrollo relativamente nuevo en la tecnología MCM es el llamado "chip-stack" paquete. Ciertos circuitos integrados, en particular las memorias, tienen configuraciones de pines muy similares o idénticas cuando se usan varias veces dentro de los sistemas. Un sustrato cuidadosamente diseñado puede permitir que estos troqueles se apilen en una configuración vertical, lo que hace que la huella del MCM resultante sea mucho más pequeña (aunque a costa de un chip más grueso o más alto). Dado que el espacio suele ser un bien escaso en los diseños de electrónica en miniatura, la pila de chips es una opción atractiva en muchas aplicaciones, como teléfonos móviles y asistentes digitales personales (PDA). Con el uso de un circuito integrado 3D y un proceso de adelgazamiento, se pueden apilar hasta diez matrices para crear una tarjeta de memoria SD de alta capacidad. Esta técnica también se puede utilizar para memorias de alto ancho de banda.

La forma posible de aumentar el rendimiento de la transferencia de datos en la pila de chips es utilizar redes inalámbricas en chip (WiNoC).

Ejemplos de paquetes multichip

• IBM Memoria de burbujas MCMs (1970s)
• Módulo de conducción térmica IBM 3081 de mainframe (1980s)
• Superconducting Multichip modules (1990s)
• Intel Pentium Pro, Pentium II OverDrive, Pentium D Presler, Xeon Dempsey, Clovertown, Harpertown y Tigerton, Core 2 Quad (Kentsfield, Penryn-QC y Yorkfield), Clarkdale, Arrandale, Kaby Lake-G y modelos con Crystalwell (aquellos con los gráficos GT3e o GT4e)
• Tarjetas SD, tarjetas Micro-SD y memorias Sony
• eMMC y eUFS
• Xenos, una GPU diseñada por ATI Technologies para Xbox 360, con eDRAM
• POWER2, POWER4, POWER5, POWER7, POWER8, y Power10 de IBM
• IBM z196
• El Wii U Espresso de Nintendo (microprocessor) tiene su CPU, GPU y VRAM a bordo (integrado en la GPU) en un MCM.
• VIA Nano Quad Core
• memoria flash y RAM combinados en un PoP por Micron
• Soluciones Samsung MCP que combinan el almacenamiento móvil DRAM y NAND.
• AMD Ryzen Threadripper y Epyc CPU basados en la arquitectura Zen o Zen+ son MCMs de dos o cuatro chips (Ryzen basado en Zen o Zen+ no es MCM y consiste en un chip)
• Los CPU de AMD no APU Ryzen, Ryzen Threadripper y Epyc basados en la arquitectura Zen 2 o Zen 3 son MCMs de uno, dos, cuatro o ocho chips que contienen núcleos de CPU y un chip I/O más grande
• AMD Los GPU de serie MI instinto basados en la arquitectura CDNA 2 son MCMs de uno o dos chips compute die (GCD) gráficos.
• AMD Radeon RX 7000 series GPUs basados en la arquitectura RDNA 3 son MCMs con un GCD y hasta seis chips de caché de memoria (MCD).
• Intel Xe Ponte Vecchio GPUs
• Intel Meteor Lake CPUs
• Cualquier otro procesador con alta memoria de ancho de banda
• Serie M de Apple con CPU y memoria

Módulos multichip 3D