從HBM存儲(chǔ)器到3D NAND芯片，硬件市場上有許多芯片是用英文稱為TSV構(gòu)建的，TSV是首字母縮寫，意為“通過硅通孔”并翻譯為via硅的事實(shí)，它們垂直地穿過的芯片和允許在它們之間垂直互通。在本文中，我們將告訴您它們是什么，它們?nèi)绾喂ぷ饕约八鼈兊挠猛尽?/p>
在硬件世界中，經(jīng)常用與速度有關(guān)的術(shù)語來談?wù)撍词欠袷莾?nèi)存的帶寬，處理器的時(shí)鐘周期，處理器每秒執(zhí)行某種類型的計(jì)算的次數(shù)等等，但是我們很少問自己這些芯片如何相互通信以及這是否重要。
在本文中，我們將討論一種稱為TSV的技術(shù)，該技術(shù)可用于相互通信的芯片。
什么是硅或TSV通路？
如果我們看大多數(shù)主板，可以看到兩件事：第一，芯片之間的大多數(shù)連接都是水平的，這意味著板上發(fā)送芯片間信號(hào)的路徑是水平通信的。
PCB
然后是CPU的情況，這些CPU放置在我們稱為插座的插入器的頂部，并且處理器在這些插入器上垂直連接。
SocketCPU
但是通常，在99％的時(shí)間中，我們觀察到通常沒有相互垂直連接的芯片，盡管事實(shí)上芯片和處理器的設(shè)計(jì)朝著這個(gè)方向發(fā)展，并且市場上已經(jīng)有這種類型的示例。但是，如何使兩個(gè)或更多芯片垂直互連？
TSV
好吧，正是通過所謂的硅通道來完成的，硅通道垂直穿過組成堆棧的同一芯片的不同芯片或不同層，這就是為什么它們被稱為“通過”硅通道，因?yàn)樗鼈儗?shí)際上是通過的。
使用TSV的應(yīng)用和優(yōu)勢
TSV的應(yīng)用之一是，它允許將由不同部分組成的復(fù)雜處理器分離在幾個(gè)不同的芯片上，并具有以下附加優(yōu)點(diǎn)：垂直連接允許更多數(shù)量的連接，這有助于實(shí)現(xiàn)更大的帶寬，而無需額外的帶寬。很高的時(shí)鐘頻率會(huì)增加數(shù)據(jù)傳輸期間的功耗。
例如，在將來，我們將看到CPU和GPU的最后一級(jí)緩存將不在芯片上，它們具有相同的帶寬，但存儲(chǔ)容量卻是原來的幾倍，這將大大提高性能。我們也有使用FSV來通信Lakefield SoC的兩個(gè)部分的Intel Foveros示例，即帶有系統(tǒng)I / O所在的基本芯片的計(jì)算芯片。
LakefieldFoveros
將處理器劃分為不同部分的原因是，隨著芯片的變大，電路中錯(cuò)誤的可能性越來越大，因此沒有故障的優(yōu)質(zhì)芯片的數(shù)量會(huì)增加。他們可以使用的更少，而那些做得好的人必須支付失敗者的費(fèi)用；這意味著從理論上減小芯片的尺寸會(huì)降低總體成本，盡管稍后我們將看到情況并非完全如此。
HBM-vs-GDDR
第二個(gè)應(yīng)用程序與占用的空間有關(guān)；能夠垂直堆疊多個(gè)芯片的事實(shí)大大減少了它們占用的面積，因?yàn)樗鼈儾粫?huì)散布在板上，其中最著名的示例是將HBM內(nèi)存用作某些圖形處理器的VRAM，但是我們還有其他示例，例如三星的V-NAND存儲(chǔ)器，將多個(gè)NAND閃存芯片彼此堆疊。
3DNAND
其他鮮為人知的選擇是邏輯和內(nèi)存的組合，其中內(nèi)存位于處理器的頂部，最著名的示例是寬I / O內(nèi)存，這是幾年前出現(xiàn)在智能手機(jī)中的一種內(nèi)存，包括SoC頂部的存儲(chǔ)器通過硅互連。
為什么采用硅途徑如此緩慢？
TSV存在一些固有的問題，這意味著盡管數(shù)十年來在紙上是一種非常有前途的技術(shù)，但它并沒有完全普及，仍然是一種為很小的市場生產(chǎn)芯片但利潤率很高的方法。
他們的第一個(gè)問題是，要實(shí)施一項(xiàng)極其昂貴的技術(shù)，需要對(duì)許多公司的生產(chǎn)線進(jìn)行深刻的變革，這些公司多年來一直在生產(chǎn)沒有TSV的芯片，并且對(duì)于許多應(yīng)用而言，傳統(tǒng)的制造工藝已被證明是足夠好的。
第二個(gè)問題是，如果組成垂直結(jié)構(gòu)的一部分完全失效，則必須丟棄整個(gè)結(jié)構(gòu)，這會(huì)使通過TSV互連的系統(tǒng)制造起來更加昂貴。HBM內(nèi)存的示例在這方面意義重大，其成本如此之高，以致無法用作消費(fèi)市場的內(nèi)存。
第三個(gè)問題是熱阻塞，芯片在某些溫度條件下達(dá)到其時(shí)鐘速度，如果附近有另一個(gè)也會(huì)發(fā)熱的芯片會(huì)受到影響。例如，我們可能有兩個(gè)處理器，每個(gè)處理器分別達(dá)到1 GHz，但由于溫度問題，垂直放置在TSV結(jié)構(gòu)中的每個(gè)處理器只能達(dá)到0.8 GHz。
這是當(dāng)今工程師最關(guān)心的第三點(diǎn)，并且正在開發(fā)冷卻機(jī)制，以使構(gòu)成堆棧的芯片保持盡可能低的溫度，以避免熱淹沒問題。