芯片设计领域,die是什么意思?

Die指的是芯片未封装前的晶粒,是从硅晶元(Wafer)上用激光切割而成的小片(Die),每一个Die就是一个独立的功能芯片,最终将被作为一个单位而被封装起来成为我们常见的芯片。

晶圆(wafer)是通过特殊的制造过程生产的,通常使用硅作为主要材料,但也有其他材料可用。制造商会在晶圆上依次叠加多层材料和化学品,通过光刻和蚀刻过程形成成千上万个复杂的电路,这些电路构成了未来芯片的基础。

生产完晶圆上的电路之后,单个的电路就被精确切割出来,每一个小薄片都是一个“die”,也就是单个的芯片。这些芯片“die”会经过进一步的测试,合格后会被封装成最终产品——能够销售的芯片。

Die是不能直接使用的,没有引脚,没有散热片。

封装

封装(packaging)是将裸露的芯片“die”放入一个保护性的外壳中,以便与电路板(例如主板或显卡)等进行物理连接。封装过程通常还包括添加引脚或其他类型的连接器,以及散热结构。

  • 单封:一个封装芯片中只包含一个Die

  • 合封:一个封装芯片中抱恨两个或两个以上Die

优势与不足

合封技术相对于单封技术减少了Die之间的连接线长度,具有更小的线延迟。

从时序的角度来看,output delay以及input delay减少,逻辑时序更加稳定。

同时合封减少了芯片面积,成本面积都得到了大大的减小。

反之,合封技术对封装工艺提出了更高的要求,同时对芯片的散热提出了更高的要求。

大多数消费级的GPU依旧使用单个封装的die,即一个GPU芯片封装在一个封装体内。举例来说,NVIDIA的GeForce RTX 30系列和AMD的Radeon RX 6000系列显卡,这些主流消费级产品通常采用的是单die设计。

然而,有些特定领域,比如高性能计算(HPC)与数据中心,可能会使用多die或者chiplet设计,以提升性能、可伸缩性和成本效率。例如,AMD的CDNA架构GPU,设计用于数据中心和计算密集型应用,就采用了多chiplet的设计。

合封(Multi-Chip Package, MCP)或多芯片模块(Multi-Chip Module, MCM)通常是在高端、专业级或者服务器级别的产品线中更为常见,因为这些产品的设计目标是提供最高的计算密度和性能。

随着技术的不断进步,未来我们可能会看到越来越多的GPU采用多die或chiplet设计,尤其是随着制程技术的提升和互连技术的改进,多die或chiplet设计提供了更多的设计灵活性和成本效益。