Hardwareluxx > Статьи > Железо > Видеокарты > Подробности AMD Fiji: подложка, HBM и GPU

Подробности AMD Fiji: подложка, HBM и GPU

PDFПечатьE-mail

Опубликовано:
Андрей Шиллинг

interposer logoAMD с памятью HBM вышла на новую территорию. Но интересна не только память сама по себе, но и сочетание GPU и HBM в одной упаковке, где компоненты устанавливаются на единую подложку. Без подложки AMD бы не смогла создать такой GPU, как "Fiji". Но подложка добавляет свой уровень сложности, о чём мы как раз поговорим в нашей статье.

Пять лет AMD тесно сотрудничала с SK Hynix по разработке HBM и сопутствующих технологий. И подложка тоже играла весьма существенную роль.

AMD: GPU и HBM на подложке (interposer)
AMD: GPU и HBM на подложке (interposer)

Технология подложки использовалась и ранее. Но для столь сложных чипов, как "Fiji", она до сих пор не применялась. В общей сложности в упаковке "Fiji" находится 22 кристалла. 4x4 из которых относятся к памяти HBM. Конечно, GPU является наиболее сложным компонентом, он содержит 8,9 млрд. транзисторов и изготавливается по 28-нм техпроцессу.

Память High Bandwidth Memory производится SK Hynix по 20-нм техпроцессу. GPU по-прежнему выпускается TSMC. Подложка производится компанией United Microelectronics Corporation (UMC) в Тайване. Однако её производством занимается не только UMC, тайваньская компания сотрудничает с Amkor и ASE Group. Все компоненты (GPU, HBM и подложка) затем собираются вместе – в результате в производстве GPU "Fiji" заняты шесть компаний.

Но позвольте перейти к детальному рассмотрению производства подложки:

AMD: GPU и HBM на подложке (interposer)AMD: GPU и HBM на подложке (interposer)

AMD: GPU и HBM на подложке (interposer)

Подложка имеет толщину всего 750 микрон. Соединения TSV (through-silicon vias) проложены на глубине всего более 100 микрон. Чтобы защитить тонкую подложку, сверху добавляется слой оксида – он закрывает и саму подложку, и проложенные каналы TSV.

AMD: GPU и HBM на подложке (interposer)AMD: GPU и HBM на подложке (interposer)

AMD: GPU и HBM на подложке (interposer)

Затем с помощью электрохимического процесса на TSV добавляется слой меди. Поскольку медный слой требуется не на всей подложке, он частично удаляется с помощью механических и химических процессов.

AMD: GPU и HBM на подложке (interposer)AMD: GPU и HBM на подложке (interposer)

AMD: GPU и HBM на подложке (interposer)

После удаления лишней меди в подложке оказываются сформированы соединения TSV. Толщина каналов составляет 10 микрон, вместе с изоляцией – 11 микрон. Расстояние между каналами TSV составляет не меньше 45 микрон. На первом из двух изображений можно видеть несколько фотографий, сделанных электронным микроскопом. На них можно разглядеть каналы TSV, а также их верхнюю и нижнюю части.

Для подключения соединений TSV к компонентам используется дополнительный слой frontside redistribution layer (FS RDL), состоящий, в свою очередь из трёх медных слоёв. Данные слои очень хрупкие, что является одной из причин, почему GPU "Fiji" не следует подвергать механическим нагрузкам. В том числе не следует снимать кулер. Даже небольшое механическое усилие может привести к разрыву соединений, в результате GPU "Fiji" будет повреждён.

AMD: GPU и HBM на подложке (interposer)AMD: GPU и HBM на подложке (interposer)

AMD: GPU и HBM на подложке (interposer)

Чтобы защитить слой FS RDL, сверху добавляется покрытие (passivation layer). Позднее в этом защитном покрытии проделываются отверстия для соединений μBumps.

AMD: GPU и HBM на подложке (interposer)AMD: GPU и HBM на подложке (interposer)

AMD: GPU и HBM на подложке (interposer)

Медные соединения FS μBumps производятся схожим техпроцессом с каналами TSV. Следующим шагом вся структура переворачивается и приклеивается к нижней подложке WSS (wafer support system).

AMD: GPU и HBM на подложке (interposer)AMD: GPU и HBM на подложке (interposer)

AMD: GPU и HBM на подложке (interposer)

Часть основной подложки удаляется, чтобы каналы TSV были доступны с верхней части получившегося "бутерброда". Следующим шагом добавляются горизонтальные медные соединения. Они затем будут использоваться для крепления контактных шариков C4 Bumps, которые завершат создание соединений в подложке.

AMD: GPU и HBM на подложке (interposer)AMD: GPU и HBM на подложке (interposer)

AMD: GPU и HBM на подложке (interposer)

Контактные шарики Bumps C4 состоят из сплава цинка и серебра. К сожалению, более подробной информации о техпроцессе нет. Шарики находятся с нижней части получающегося "бутерброда" после того, как он вновь переворачивается. Получившаяся ориентация является финальной, подложка крепится к нижнему слою (package substrate), который не обладает электрическими свойствами.

AMD: GPU и HBM на подложке (interposer)
AMD: GPU и HBM на подложке (interposer)

С помощью электронного микроскопа хорошо видны шарики μBumps и отдельные структуры подложки. Шарики Bumps из сплава цинка и серебра связывают подложку с "внешним миром", а шарики μBumps обеспечивают контакт с кристаллом GPU и отдельными компонентами "Fiji".

Чипы HBM подключаются по 4.096-битному интерфейсу, что уже приводит к числу шариков μBumps, как минимум, 4.096. Несколько тысяч контактов присутствует и у GPU. Точную информацию AMD, к сожалению, не раскрывает.

AMD: GPU и HBM на подложке (interposer)
AMD: GPU и HBM на подложке (interposer)

Сверху подложки через медные проводники и μBumps обеспечивается контакт с кристаллами GPU и памяти. Защитное кольцо (stiffener ring) придаёт системе дополнительную прочность, на него как раз опирается кулер. На самом деле кристаллы GPU "Fiji" и памяти HBM имеют разную высоту. Так что схематический рисунок не совсем точно соответствует реальности.

AMD: GPU и HBM на подложке (interposer)
AMD: GPU и HBM на подложке (interposer)

Упомянутые выше шарики Bumps из сплава серебра и цинка – не финальные контакты упаковки. Последним этапом к нижней подложке добавляются контактные шарики BGA, известные по многим полупроводниковым компонентам. И мы получаем готовый чип.

Усилия, которые ушли на создание упаковки "Fiji", впечатляют. Над новым графическим процессором работали не только AMD и TSMC, но и другие компании. AMD за последние месяцы и годы тесно сотрудничала не только с SK Hynix, но и многими другими компаниями, которые смогли добавить свою квалификацию и знания к производству подложки. Подобное сотрудничество позволило создать сложную структуру, к которой основной конкурент ещё только приближается.

Конечно, описанный в статье технический процесс на самом деле включает намного больше этапов. До сих пор AMD не делилась информацией о ходе разработки, и NVIDIA сейчас находится в таком же положении. Но конкурент наверняка работает над схожей структурой, всё же в будущем году NVIDIA добавит память HBM к своим чипам "Pascal". В любом случае, было очень интересно узнать, как именно производятся графические процессоры Radeon R9 Fury X.

Социальные сети

Ваш голос

Ø Голосование: 0

Теги

Комментарии (3)

#1
Регистрация: 03.02.2013

Модератор
Всего сообщений: 102
[QUOTE]Данные слои очень хрупкие, что является одной из причин, почему GPU "Fiji" не следует подвергать механическим нагрузкам. В том числе не следует снимать кулер. Даже небольшое механическое усилие может привести к разрыву соединений, в результате GPU "Fiji" будет повреждён.[/QUOTE]

А как быть с водянкой? Что делать тем, кто хочет поставить хороший водоблок и включить видеокарту в контур? Для такого горячего GPU это весьма актуально.
#2
Регистрация: 19.06.2015

Новичок
Всего сообщений: 11
Не думаю, что тут стоит плохой водоблок, так как память интегрирована в чип, то в его конструкции нет ничего сложного. А вот радиатор - да, надо было больше делать, и его фиг поменяешь(((
#3
Регистрация: 26.01.2015

Постоялец
Всего сообщений: 322
Если в корпусе отгородить для водоблока свой продуваемый загончик, думаю, хватит и такого радиатора. Правда, это я сужу по своей "башне", если обычный корпус - там со свободным местом туговато,
Вам необходимо войти, чтобы оставлять комментарии!