Международный исследовательский центр Imec на конференции IEEE International Electron Devices Meeting представил результаты исследований в области полупроводниковых технологий для оптимизации тепловых характеристик сложных чипов. Согласно моделированию исследований новый метод 3D-упаковки чипов HBM-on-GPU способен обеспечить серьезные улучшения температурного режима.

Сейчас в высокопроизводительных чипах используется компоновка 2.5D, когда стеки памяти HBM располагаются вокруг графического кристалла GPU, используя общий слой интерпозер. Новые трехмерные методы упаковки предполагают расположение кристаллов друг над другом, в частности, память HBM поверх GPU. Такой метод 3D-интеграции сулит серьёзные выгоды для наращивания производительности, но чип сложнее охладить из-за разного тепловыделения и вертикального теплового сопротивления. Imec представила первое комплексное решение и исследование с тепловым моделированием HBM-on-GPU для выявления узких мест такой конфигурации и выработки правильной стратегии по компоновке 3D-чипов. Этот вариант компоновки предполагает размещение четырёх стеков HBM (каждый из 12 кристаллов DRAM с гибридной связью) непосредственно поверх кристалла GPU с помощью микровыступов. Охлаждение устанавливается поверх HBM.

Проблема в том, что при такой плотной компоновке моделируемая температура чипа достигала 141,7 °C при типичных нагрузках ИИ. Аналогичный чип с дизайном 2.5D при такой же нагрузке и аналогичном охлаждении грелся до 69,1 °C. Но специалисты Imec разработали системный подход к оптимизации рабочих параметров, тепловых характеристик и соединений между кристаллами с учетом локальных горячих точек. Все это помогло снизить пиковую температуру со 141,7 °C до 70,8 °C.

В рамках исследования оценивалась возможности двустороннего охлаждения и масштабирование температур в зависимости от рабочих частот. Например, снижение частоты ядра графического процессора вдвое снизило пиковую температуру со 120°C до уровня ниже 100°C, что уже обеспечивает приемлемый рабочий режим для памяти. Такой метод выдвигает свои требования к частотам, но общая производительность на единицу площади все равно выше в сравнении с решениями 2.5D.

На основе всех этих данных исследователи ведут разработку других конфигураций HBM-on-GPU, чтобы понять возможные ограничения, с которыми могут столкнуться производители чипов в будущем.

Источник:
TechPowerUp