Міжнародний дослідницький центр Imec на конференції IEEE International Electron Devices Meeting представив результати досліджень у галузі напівпровідникових технологій для оптимізації теплових характеристик складних чипів. Згідно з дослідженнями новий метод 3D-упаковки чипів HBM-on-GPU здатний забезпечити серйозні поліпшення температурного режиму.

Зараз у високопродуктивних чипах використовується компонування 2.5D, коли стеки пам’яті HBM розташовуються навколо кристала GPU, використовуючи спільний шар інтерпозер. Нові тривимірні методи пакування передбачають розташування кристалів один над одним, зокрема, пам’ять HBM поверх GPU. Такий метод 3D-інтеграції обіцяє серйозні вигоди для нарощування продуктивності, але чип складніше охолодити через різне тепловиділення і вертикальний тепловий опір.

Imec представила перше комплексне рішення і дослідження з тепловим моделюванням HBM-on-GPU для виявлення вузьких місць такої конфігурації та вироблення правильної стратегії з компонування 3D-чипів. Цей варіант компонування передбачає розміщення чотирьох стеків HBM (кожен із 12 кристалів DRAM із гібридним зв’язком) безпосередньо поверх кристала GPU за допомогою мікровиступів. Охолодження встановлюється поверх HBM.

Проблема в тому, що за такого щільного компонування модельована температура чипа сягала 141,7°C у типових навантаженнях ШІ. Аналогічний чип із дизайном 2.5D за такого ж навантаження й аналогічного охолодження грівся до 69,1°C. Але фахівці Imec розробили системний підхід до оптимізації робочих параметрів, теплових характеристик і з’єднань між кристалами з урахуванням локальних гарячих точок. Усе це допомогло знизити пікову температуру зі 141,7°C до 70,8°C.

У межах дослідження оцінювали можливості двостороннього охолодження і масштабування температур залежно від робочих частот. Наприклад, зниження частоти ядра графічного процесора вдвічі знизило пікову температуру зі 120°C до рівня нижче 100°C, що вже забезпечує прийнятний робочий режим для пам’яті. Такий метод висуває свої вимоги до частот, але загальна продуктивність на одиницю площі все одно вища порівняно з рішеннями 2.5D.

На основі всіх цих даних дослідники ведуть розробку інших конфігурацій HBM-on-GPU, щоб зрозуміти можливі обмеження, з якими можуть зіткнутися виробники чипів у майбутньому.

Джерело:
TechPowerUp