ロードマップでわかる！当世プロセッサー事情 第766回

Instinct MI300のI/OダイはXCDとCCDのどちらにも搭載できる驚きの構造　AMD GPUロードマップ

シリコン・インターポーザーはInstinct MI250Xの時と異なる構造

　さてそのXCD/CCDとIODの接続方法であるが、TSVのピッチは9μmで、これはRyzenの3D V-Cacheと同じ数値であるが、そもそも3D V-Cacheは3次キャッシュの上に3D Vキャッシュを積層する形だったので面積が小さかった。ところがMI300ではXCDを積層するために、5倍以上の面積でのボンディングが行なわれた。

　またボンディングの方法も変わった。基本的にトップダイとボトムダイの間をファンデルワールス力で接続、つまり接続面を極めて平坦にした上で分子間力を利用して接続する方式で、半田ボールベースのマイクロバンプではないことそのものは3D Vキャッシュと同じであるが、その接続が変わった。

　3D Vキャッシュの場合、配線層の一番下ではなく、その一つ手前(M13)からBPV(Bond Pad VIA)を使って配線を引っ張り出し、それをボトムダイの上面に構成されたBPM(Bond Pad Metal)に接続する形を取っていた。

　この方式を使ったのは、おそらくだが3D Vキャッシュは32MBのSRAMのダイを2枚あらかじめ重ねた上で、それをZen 4の3次キャッシュの上に積層するという構造になっている。したがって2枚の32MB SRAMダイは上下にTSVが出るような構造になっている。でないと上側のSRAMダイからの配線を下側SRAMに伝えられないからだ。

　この関係で必要な配線は内部からBPV経由で外に引き出す形になっていると思われるのだが、MI300の場合はトップダイがロジック(CCDなりXCD)であり、その上にはダイが載らない。

帯域そのものは17TB/秒で、意外に多くない。いやこれがXCD1つあたりだとすれば広帯域なのは間違いないが、2つで17TB/秒だとすると、案外少ないという気もする

　またXCDはともかくCCDに関してはもともとはRyzenやEPYCなど、有機パッケージ上に直接バンプ経由で接続する構造になっており、M13の下(ダイ的に言えば上なのだろうが)にAlの配線が来る。そこに薄い銅ベースのBPVを挟み、これをBPMと接続するという形にしたのがMI300である。

　想像だが、これはすでにあるZen 4のダイをIODの上に接続するための苦心の策なように思われる。そもそもZen 4のダイはバンプでパッケージと接続するのが前提の構造だったはずで、バンプの代わりにこのBPVをダイの底面(というか上面)に構築する形で対応したのだろうと想像される。

　一方でIOD同士の接続は、シリコン・インターポーザーを経由しての接続であり、これはHBMに関しても同じである。少し意外だったのは、このシリコン・インターポーザーがInstinct MI250Xの時と異なる構造になっていることだ。

CoWoS-Lか？　とも思ったが、この図を見る限りはシリコン・インターポーザーにIPD(Integrated Passive Device)やLSI(Local Silicon Interconnect)などは含まれておらず、普通(?)のCoWoSと思われる

　Instinct MI250Xの際にはElevated Fanout Bridge 2.5Dが利用された。要するに実際に接続する部分(上の画像で言えば、IOD同士の接続と、IOD⇔HBM3の接続の配線部)のみにシリコン・インターポーザーを配し、後の部分(つまり2つ上の画像で言えばSubstrateと直接接続する部分)はCuの柱(Pillar)を立てるという方法だった。

　これはASEの提供するFOCoS-Bridgeを利用していたものと思われる。なのだがInstinct MI300Xでは全体をカバーする巨大なシリコン・インターポーザーを利用する方式に変わった。こちらはおそらくTSMCのCoWoSベースである。

　以前はCoWoSはReticle Limit(つまり1回の露光でパターンを生成できるサイズの限界)に縛られていたが、やっとここに来てTSMCが従来から主張していた「Reticle Limitの2倍≒1700mm²前後」のインターポーザーが実用になったようだ。

　ただこれは「マスクとシリコンの距離を大きくする＝パターンが大きく露光される」ことを利用しており、欠点として配線密度が低下する(単に2倍に拡大されるので、縦横等倍だとすると配線密度は1/√2≒0.7倍程になる)のだが、上の画像を見るとIOD同士の配線はかなり密であり、このあたりの欠点をなんらかの方法で克服したものと思われる。