Módulo multichip

Un módulo multichip ( MCM ) es, en general, un conjunto electrónico (como un paquete con varios terminales conductores o "pines" ) donde se integran múltiples circuitos integrados (CI o "chips"), chips semiconductores y/u otros componentes discretos, generalmente sobre un sustrato unificador, de modo que en su uso se puede tratar como si fuera un CI de mayor tamaño. ^{[ 1 ]} Otros términos para el empaquetado MCM incluyen "integración heterogénea" o " circuito integrado híbrido ". ^{[ 2 ]} La ventaja de utilizar el empaquetado MCM es que permite al fabricante utilizar múltiples componentes para lograr modularidad y/o mejorar los rendimientos en comparación con un enfoque de CI monolítico convencional.

Un módulo multichip Flip Chip ( FCMCM ) es un módulo multichip que utiliza tecnología flip chip . Un FCMCM puede tener un chip grande y varios chips más pequeños, todos en el mismo módulo. ^{[ 3 ]}

Los módulos multichip se presentan en diversas formas, según la complejidad y las filosofías de desarrollo de sus diseñadores. Estas pueden abarcar desde el uso de circuitos integrados preempaquetados en una pequeña placa de circuito impreso (PCB) diseñada para imitar el tamaño de un encapsulado de chip existente, hasta encapsulados de chip totalmente personalizados que integran múltiples chips en un sustrato de interconexión de alta densidad (HDI). El sustrato MCM ensamblado final puede fabricarse de una de las siguientes maneras:

• El sustrato es una placa de circuito impreso (PCB) laminada multicapa , como las que se utilizan en los procesadores Zen 2 de AMD .
• El sustrato está construido sobre cerámica, como por ejemplo cerámica cocida a baja temperatura.
• Los circuitos integrados se depositan sobre el sustrato base mediante tecnología de película delgada .

Los circuitos integrados que componen el paquete MCM pueden ser:

• Circuitos integrados (CI) capaces de realizar la mayoría, si no todas, las funciones de un componente informático, como la CPU. Ejemplos de ello son las implementaciones de IBM POWER5 e Intel Core 2 Quad . Para la fabricación del producto final se utilizan varias copias del mismo CI. En el caso de POWER5, se emplean varios procesadores POWER5 y su caché L3 externa para crear el paquete final. Con Core 2 Quad, se empaquetaron dos chips Core 2 Duo.
• Circuitos integrados que realizan solo algunas de las funciones, o "bloques de propiedad intelectual" ("bloques IP"), de un componente en una computadora. Estos se conocen como chiplets . ^{[ 4 ] [ 5 ]} Un ejemplo de esto son los circuitos integrados de procesamiento y el circuito integrado de E/S de los procesadores basados ​​en Zen 2 de AMD .

Un interponedor conecta los circuitos integrados (CI). Este suele ser orgánico (una placa de circuito laminada que contiene carbono, de ahí el término orgánico ) o de silicio (como en la memoria de alto ancho de banda ). ^{[ 6 ]} Cada opción tiene ventajas y limitaciones. El uso de interponedores para conectar varios CI en lugar de conectar varios CI monolíticos en encapsulados separados reduce la potencia necesaria para transmitir señales entre los CI, aumenta el número de canales de transmisión y reduce los retrasos causados ​​por la resistencia y la capacitancia (retrasos RC). ^{[ 7 ]} Sin embargo, la comunicación entre los chiplets consume más energía y tiene mayor latencia que la de los componentes dentro de los CI monolíticos. ^{[ 8 ]}

Un desarrollo relativamente nuevo en la tecnología MCM es el llamado paquete "chip-stack". ^{[ 9 ]} 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 chips 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 área suele ser un recurso valioso en los diseños de electrónica en miniatura, el chip-stack es una opción atractiva en muchas aplicaciones, como teléfonos celulares y asistentes digitales personales (PDA). Con el uso de un circuito integrado 3D y un proceso de adelgazamiento, se pueden apilar hasta diez chips para crear una tarjeta de memoria SD de alta capacidad. ^{[ 10 ]} Esta técnica también se puede utilizar para memoria de alto ancho de banda .

La forma posible de aumentar el rendimiento de la transferencia de datos en la pila de chips es mediante el uso de redes inalámbricas en chip (WiNoC). ^{[ 11 ] [ 12 ]}

• MCMs de memoria Bubble de IBM (década de 1970)
• Módulo de conducción térmica del ordenador central IBM 3081 (década de 1980)
• Módulos multichip superconductores (década de 1990) ^{[ 13 ] [ 14 ]}
• 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 gráficos GT3e o GT4e)
• Tarjetas SD , tarjetas microSD y memorias USB de Sony
• eMMC , eUFS y NVMe con solución de encapsulado único
• Xenos , una GPU diseñada por ATI Technologies para la Xbox 360 , con eDRAM
• POWER2 , ​​POWER4 , POWER5 , POWER7 , POWER8 y Power10 de IBM
• IBM z196
• El microprocesador Wii U Espresso de Nintendo tiene su CPU, GPU y VRAM integrada (en la GPU) en un solo MCM. ^{[ 15 ]}
• VIA Nano QuadCore ^{[ 16 ]}
• Memoria flash y RAM combinadas en un PoP de Micron
• Soluciones MCP de Samsung que combinan DRAM móvil y almacenamiento NAND . ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]}
• Las CPU AMD Ryzen Threadripper y Epyc basadas en la arquitectura Zen o Zen+ son MCM de dos o cuatro chips ^{[ 20 ]} ( Ryzen basado en Zen o Zen+ no es un MCM y consta de un solo chip).
• Las CPU Ryzen , Ryzen Threadripper y Epyc de AMD que no son APU, basadas en la arquitectura Zen 2 o Zen 3, son MCM de uno, dos, cuatro ^{[ 21 ]} u ocho chips que contienen núcleos de CPU y un chip de E/S más grande ^{[ 22 ].}
• Las GPU de la serie AMD Instinct MI, basadas en la arquitectura CDNA 2, son MCM (multicomponente) que constan de uno o dos chips de cómputo gráfico (GCD).
• Las GPU de la serie AMD Radeon RX 7000, basadas en la arquitectura RDNA 3, son MCM con un GCD y hasta seis chips de memoria caché (MCD).
• GPU Intel Xe Ponte Vecchio
• Procesadores Intel Meteor Lake
• Procesadores Intel Arrow Lake
• Cualquier otro procesador con memoria de alto ancho de banda
• Serie Apple M con CPU y memoria
• Procesador Intel Lunar Lake con CPU y memoria

• Sistema en paquete (SIP)
• Sistema en un chip (SoC)
• Circuito integrado híbrido
• Embalaje avanzado (semiconductores)
• Lista de tipos de embalaje y empaques para chips portadores de chips
• Módulo de un solo chip (SCM)
• Paquete multichip UFS (uMCP)

• Tecnología de módulo multichip (MCM) o sistema en un paquete (SoP)
• AMD pretende mantenerse en la carrera con la CPU Magny-Cours de 12 núcleos.
• Diseño MCM en AutoCAD – Suite de diseño MCM de CDS Master