老瓶装新酒，CPU和GPU巨头的不约而同

近些年，以CPU和GPU为代表的处置器在应用需求的推动下，相关的设计、制造和封装等手艺都在生长转变当中。封装方面，虽然当下的3D手艺很热，但对于绝大多数处置器来说，2D和2.5D封装手艺仍是主流，而传统的MCM（Multi-Chip-Module，多芯片模块）焕发了*春，各大CPU和GPU厂商都在大规模部署接纳这种封装手艺的产物。

MCM是一种由两个及以上Die，或者芯片尺寸封装（CSP）的IC组装在一个基板上的模块，形成一个电子系统或子系统，基板可以是PCB、陶瓷或硅片。整个MCM可以封装在基板上，也可以封装在封装体内。MCM可以是便于安装在电路板上的尺度化封装，也可以是一个具备电子功效的模块，它们都可直接安装到电子系统中（PC、仪器、机械装备等）。

MCM可分为以下三种基本类型：

MCM-L：是接纳片状多层基板的MCM，MCM-L是高密度封装的PCB手艺，适用于接纳键合和FC工艺的MCM。MCM-L不适用于有耐久可靠性要求和使用环境温差大的场所。

MCM-C：是接纳多层陶瓷基板的MCM，适于模拟电路、数字电路、夹杂电路、微波器件等多种应用。

MCM-D：是接纳薄膜手艺的MCM，MCM-D的基板由多层介质、金属层和基材组成。介质层要求薄，金属互连要细小，同时具备适当的互连阻抗。

MCM封装的优点可以归纳综合为以下三点：1、可大幅提高电路连线密度，提升封装效率；2、可完成“轻、薄、短、小”的封装设计；3、可提升封装的可靠性。

近些年，SiP封装手艺深入产业人心，那么，MCM与它相比若何呢？现实上，芯片封装手艺的生长是不停提高和创新的历程，是对原有手艺的整理、迭代、创新和再生长，MCM和SiP也是云云。MCM是在种种高密度多层基板上封装，主体是Die，制成部件的电路一样平常较为庞大，因此，MCM是一种*夹杂集成手艺。SIP的市场规模和增进空间比MCM大，SIP是MCM进一步生长的产物，是芯片和元器件在差异事情频段的高密度组装和互连。MCM主要通过将种种Die堆叠毗邻，元器件较少，通常以数字芯片、存储器为主，而SIP可封装差异制程工艺、差异功效的芯片，芯片之间可举行信号的存取和交流，从而实现一个系统目的产物的所有互连、功效和性能。

可见，相对而言，SiP比MCM先进，但这并不影响后者被越来越多的CPU和GPU厂商接纳。因此，成熟的手艺并纷歧定不如先进手艺，这与近些年成熟制程节点手艺火爆，产能求过于供的事态有异曲同工之妙。

MCM CPU大行其道

对于CPU而言，MCM并不是新手艺，早在1995年，英特尔推出Pentium Pro时，就曾接纳MCM封装手艺，用以提升处置器执行效能。2005年，宣布新款Pentium D和Xeon 5000系列CPU时，也都接纳了MCM封装手艺，那时是业界*双核CPU。

不外，已往十几年，主流多核CPU更多接纳原生多核设计，直到近几年，原生多核设计CPU的焦点数目很难有更高增进，使得MCM封装手艺重新崭露头角。

现在来看，越来越多新一代多核CPU最先接纳MCM封装。2018年前后，AMD在设计64核服务器CPU时，就接纳了该手艺。AMD的这一设计是*英特尔的，价钱只是竞争对手Xeon处置器的一半，而且还更省电。做到这一点，是由于AMD接纳了“老设计，新制程”战略，“老设计”就是已经很成熟的MCM封装手艺，“新制程”则是接纳那时*进的7nm制程，以提高焦点密度。近两年，AMD将该思绪进一步拓展，也就是当下最为火爆的Chiplet及其封装手艺。

对于CPU，稀奇是服务器CPU厂商来说，多核产物已经是标配，由于它不仅功耗更低，良率也能提高不少。接纳MCM封装设计，厂商在设计多核CPU时，不用非要将所有核都放入单一晶粒，而是可以设计成多晶粒架构，也就是将一个大核分拆成多个小核，封装在多个晶粒里，再整合成单一CPU。与原生多核设计相比，接纳MCM封装设计的多核CPU，核数可以实现突破性增进，甚至翻倍，这也是近些年AMD服务器CPU市场规模快速增进的一个缘故原由。

不止AMD，原本主张原生多核设计的英特尔，也不得不做出妥协，近些年在设计新款多核CPU时，重新接纳MCM封装，以实现更多焦点数目和更高效能。

2019年宣布第十代HEDT高端桌面处置器之后，英特尔已有两年多没推出HEDT新品，最新新闻显示，该公司可能在2022下半年推出Golden Cove高性能焦点HEDT产物，主要是Sapphire Rapids-AP。

在最近泄露的Xeon CPU基准测试中，新闻人士示意，英特尔正在酝酿Sapphire Rapids-AP新阵容，其中“AP”曾被用于使用MCM封装的旗舰级Cascade Lake-AP产物线。Sapphire Rapids-SP系列已接纳过4组MCM设计，每个芯片最多有15个核，Sapphire Rapids-SP被视作“AP”的衍生版本。有新闻称，HEDT产物线虽然针对台式机市场，但英特尔更倾向于将其投放到事情站市场。作为接纳MCM封装的产物，Sapphire Rapids系列包罗许多款SKU，旗舰款的热设计功耗可轻松突破350W。

近几年，苹果正在争取英特尔和AMD的CPU市场，稀奇是条记本电脑，苹果在较短时间内取得了不错的业绩。该公司设计的CPU同样看中了MCM封装设计。2021年12月，有业内人士展示了M1 Max芯片底部的隐藏部门，如下图所示，所展示的就是MCM，苹果接纳该封装设计的主要目的是将多个Die堆叠在一起，从而大大增添CPU和GPU内核数目。

GPU跟进

随着GPU在数据中央的应用越来越普及，原本用于CPU的MCM封装手艺最先向GPU领域渗透，稀奇是高性能盘算，在业界受到了越来越多的关注。

传统显卡是带有多个GPU的PCB板卡，需要毗邻两个自力显卡的Crossfire或SLI桥接器。传统的SLI 和 CrossFire需要 PCIe 总线来交流数据、纹理、同步等。由于GPU之间的渲染时间会发生同步问题，因此在许多情形下，传统的双GPU显卡，即单个PCB上的两个芯片由它互连，每个芯片都有自己的VRAM。SLI或CrossFire的能耗很大，冷却也是一个挑战，这些在很长一段时间内都困扰着工程师。MCM是一个单独封装，其板载桥接器取代了传统两个自力显卡之间的Crossfire或SLI桥接器。在高性能盘算应用领域，这种接纳MCM封装的GPU优势显著。

最早将MCM封装手艺引入GPU的是AMD。2020年，该公司把游戏卡与专业卡的GPU架构分居了，游戏卡的架构是RDNA，而专业卡的架构是CDNA，*产物是Instinct MI100系列。2021年，AMD的Q2财报确认CDNA 2 GPU已经向客户发货了，其GPU焦点代号是Aldebaran，它成为该公司*接纳MCM封装的产物。在PC方面，2022年引入下一代RDNA 3架构后，基于MCM的消费级Radeon GPU也会泛起。

制造多芯片盘算 GPU 类似于制造多核 MCM CPU，例如Ryzen 5000或Threadripper处置器。首先，将芯片靠得更近可以提高盘算效率。AMD 的 Infinity 架构确保了高性能互连，有望使两个芯片的效率靠近一个的。其次，使用先进的工艺手艺批量生产多个小芯片比大芯片更容易，由于小芯片通常缺陷较少，因此比大芯片的产量更好。

不久前，AMD宣布了基于RDNA 3架构的GPU，也就是Radeon RX 7000，该系列最新显卡有三款GPU，划分是Navi 31、Navi 32和Navi 33，其中，Navi 31和Navi 32将接纳MCM封装。

GPU大厂英伟达也在跟进MCM封装。

现在，英伟达在MCM封装GPU上的方案称为“Composable On Package GPU”（COPA）。COPA GPU架构具有夹杂/匹配多个硬件块能力，它能更好地顺应当今高性能盘算的动态事情负载和深度学习环境。这种整合更顺应多种类型事情负载，可带来更高水平的GPU复用。

面向数据中央和消费市场，英伟达划分推出了基于Hopper架构和Ada Lovelace架构的GPU。据悉，该公司只会在Hopper架构GPU上接纳MCM手艺，Ada Lovelace架构GPU仍会保留传统的封装设计。

作为英伟达*款基于MCM手艺的GPU，Hopper架构产物将接纳台积电5nm制程工艺，支持HBM2e和其它毗邻特征，竞争对手是AMD的CDNA 2架构产物，以及英特尔的Xe-HP架构GPU。

在自力显卡GPU的研发方面，英特尔落伍了不少，看到英伟达在GPU市场呼风唤雨，英特尔坐不住了，近些年在这方面鼎力投入，以期遇上产业措施。而在MCM封装GPU方面，该公司也有了新动作。

不久前，英特尔宣布新专利，形貌了多个盘算模组若何协同事情执行图像渲染，示意该公司GPU将接纳MCM封装设计。在新专利中，英特尔提出GPU图像渲染解决方案，将多芯片整合至统一单元，解决制造和功耗等问题，同时优化可扩展性和互联性。

据悉，英特尔整合了运算模组的棋盘花样渲染，另有漫衍式运算，使多芯片设计GPU有更高的运算效率。虽然该公司没有对架构细节做深入形貌，但估量搭载MCM封装GPU的Intel Arc显卡离我们不远了。

综上，无论是CPU，照样GPU，各大厂商都越来越多地接纳了MCM封装手艺，掀起了一波“复古”热潮。