【芯片封测学习专栏 -- 单 Die 与 多Die(Chiplet)介绍】


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文章目录

  • Overview
    • 单个Die(Monolithic Die)
    • 多个Die(Chiplet Architecture or Heterogeneous SoC)
      • 如何判断一个SoC是单Die还是多Die?
      • Summary

Overview

问题: 在一个soc中包含 GPU,VPU,CPU, pcie bus等,这些模块属于一个DIE 还是属于多个die 呢?

在一个系统级芯片(SoC)中,模块(如GPU、VPU、CPU、PCIe等)可以分布在单个die或者多个die上,这取决于SoC的设计架构和制造工艺。后面对两种可能性进行说明并举例。

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单个Die(Monolithic Die)

在传统的SoC设计中,所有模块(GPU、VPU、CPU、PCIe等)都集成在一个单一的硅片(die)上。这种设计的优点是各模块之间的通信延迟较低,功耗较小,集成度高。但是这种设计的缺点是在制造工艺上复杂度更高,尤其是在大面积的die中,缺陷率更高,从而降低良率。

实例:

  • 苹果M1/M2系列芯片

苹果的M1和M2 SoC将CPU、GPU、神经引擎(NPU)、媒体处理器等模块集成在单个die上。这样的设计使得模块间数据传输更高效,整体性能和能效表现优异。

多个Die(Chiplet Architecture or Heterogeneous SoC)

在一些先进的SoC设计中,为了应对更大的芯片面积、更复杂的功能集成,采用了多个die的设计方式(即Chiplet架构)。在这种架构下,各个die通过高速总线或封装技术(如TSV、EMIB或IFOP)进行互联。
这种设计的优点包括模块化生产、提高良率和灵活性,但可能面临延迟和功耗的挑战。

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实例:

  • AMD Ryzen 7000系列处理器
    AMD在Ryzen处理器中采用Chiplet架构,将CPU核心放在一个或多个CCD(Core Complex Die)上,而I/O和其他功能(如PCIe控制器、DDR内存控制器)放在单独的I/O Die上。

  • Intel Meteor Lake (2024年):
    Intel采用Foveros技术,将计算核心(CPU、GPU)和AI模块分布在不同的tile(类似于die)上,通过先进封装方式集成。

如何判断一个SoC是单Die还是多Die?

  1. 制造商文档 :查看芯片架构图和技术资料。

  2. 封装技术 :多Die设计通常会提到Chiplet、2.5D封装、3D封装等关键词。

  3. 功能分布 :如果存在独立的模块化划分(如独立的I/O die或显式的集成不同制程技术),通常为多Die设计。

Summary

  • 单Die的SoC(如苹果M1)适用于高度集成化设计。

  • 多Die的SoC(如AMD、Intel的Chiplet架构)适用于大规模复杂系统,更具模块化优势。

实际设计选择取决于性能、成本和制程的权衡。

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