엔지니어라면 누구나 알고 있듯이 IC는 단순한 실리콘 그 이상입니다. 패키징, 리드, 기판 등의 다양한 구성 요소는 모두 구성 요소의 내구성과 궁극적인 성능에 영향을 미칩니다. 실리콘 IC 웨이퍼가 장착되는 재료인 기판은 하나의 패키지에서 더 많은 컴퓨팅 성능을 제공하는 데 점점 더 중요한 역할을 하고 있습니다.

이러한 요구에 부응하여 Intel은 차세대 고전력 프로세서를 위한 새로운 유리 기판 기술을 발표했습니다 .

 

유리 기판 시스템 인 패키지 프로토타입

 

기판으로서의 유리는 새로운 개념이 아닙니다. 거의 10년 동안 가장 작은 칩인 WLCS(웨이퍼 레벨 칩 스케일) 구성 요소에는 유리 기판이 사용되었습니다. 이 폼 팩터에서는 BGA(볼 그리드 어레이) 솔더 볼이 IC 웨이퍼에 직접 장착된 다음 회로 측면이 아래로 향하도록 플립칩 스타일로 장착되며 상단에는 보호 유리 기판이 있습니다.

이 패키지 시스템을 사용하는 보다 일반적인 칩 중 일부는 전압 조정기 및 변환기와 같은 전력 구성 요소입니다. 이러한 부품 중 가장 작은 부품은 평방 몇 밀리미터에 불과하지만 솔더 볼과 열 분산기로서의 유리 기판을 통한 보다 직접적인 열 경로로 인해 대형 TO-220 폼 팩터와 동일한 전력을 처리할 수 있습니다.

기판으로서의 유리는 제조 단계와 최종 응용 분야 모두에서 기존 재료에 비해 많은 장점을 가지고 있습니다. 이제 인텔은 새로 개발된 대형 유리 기판 기술을 통해 이러한 열적 특성과 기타 향상된 기판 특성을 자사의 가장 큰 칩에 도입하려고 합니다. 

 

더 조밀한 칩렛 상호 연결을 허용하는 기능

새로운 최고 성능의 칩 중 상당수는 단일 모놀리식 실리콘 조각이 아닌 여러 개의 칩렛을 사용하여 개발되었습니다. 이를 시스템 인 패키지 아키텍처 또는 분리된 설계라고 합니다. 그렇게 하면 동일한 물리적 공간에서 더 높은 수율, 더 큰 제조 유연성 및 더 큰 컴퓨팅 성능을 얻을 수 있습니다.

즉, 고온 인쇄 회로 기판(PCB)과 유사한 현재의 유기 기판은 제조 공정 및 작동 온도에 비해 충분히 안정적이지 않습니다.

유기 기판은 온도가 높아질수록 휘거나 품질이 저하될 수 있습니다. 본질적으로 유기 기판은 크기 제한에 도달하고 있습니다. 유리는 뒤틀림이나 품질 저하 없이 더 높은 온도를 견딜 수 있습니다. 이를 통해 동일한 패키지 영역에서 50% 더 많은 칩렛을 사용하여 더 조밀한 공간을 확보할 수 있습니다.

 

유리 기판은 50% 더 많은 칩렛을 허용합니다.

 

한편, 이러한 칩렛은 단일 장치로 작동하려면 고속 상호 연결이 필요합니다. 유리는 유기재료보다 표면이 더 매끄러우며 실리콘 웨이퍼에 훨씬 가까운 열팽창 특성을 가지고 있습니다.

유리 표면이 매끄러울수록 인터커넥트에 대한 더 엄격한 설계 규칙(더 작은 트레이스 및 공간)이 가능해집니다. 더 높은 최대 작동 온도에서 안정성이 뛰어난 유리는 리소그래피 패턴 왜곡을 50% 줄여줍니다. 그 결과 상호 연결 밀도가 10배 향상되었습니다.

 

47개의 다양한 칩렛을 갖춘 폰테 베키오(Ponte Vecchio) 데이터 센터 AI 프로세서

 

AI 및 데이터 센터 애플리케이션을 위한 고전력 CPU에서 열을 제거하는 것은 서버 팜에서 전력 소비의 주요 영역 중 하나입니다. 또한 대형 모놀리식 칩의 처리 속도를 제한합니다.

칩렛 레이아웃으로 이동하면 프로세서 섹션 사이에 열 간격이 허용됩니다. 이 공간은 개별 하위 섹션에 보다 효율적인 전력 전달을 위해 활용될 수도 있습니다. 이 두 가지 장점 모두 더 빠른 속도와 더 낮은 전력 소비를 가능하게 합니다.

 

주류 애플리케이션으로 흘러들어가다

칩렛 기반 IC 애플리케이션은 데이터 센터 및 고급 애플리케이션 그 이상입니다. Intel의 최신 Meteor Lake 노트북 CPU는 칩렛으로 제작되어 CPU에서 전력 소모가 많은 기능을 오프로드합니다. 이 제품은 저전력 작업, 고전력 컴퓨팅 집약적 작업 및 그래픽을 위한 칩렛을 그룹화하는 다중 섹션(인텔에서는 타일이라고 함) 아키텍처를 갖추고 있습니다.

Meteor Lake는 유리 기판을 사용하지 않지만 향후 프로세서에서 새로운 유리 기판 기술의 이점을 크게 누릴 칩렛 아키텍처를 사용합니다.

더 많은 칩렛, 더 나은 전력 공급 및 더 빠른 속도의 상호 연결을 통해 Intel은 전력 소비 감소 및 밀도 개선을 통해 10년 안에 1조 개의 트랜지스터를 패키지에 넣을 수 있을 것이라고 믿습니다. Intel은 자체 IC 제조와 파운드리 서비스 사업 모두에 이익을 주기 위해 이 기능을 활용하고 있습니다.