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        先進封裝技術介紹--高帶寬架構(HBF,High Bandwidth Fabrics)

        2026-02-09 11:33:49 LH 161

        轉:

        一,HBF高帶寬架構工藝定義:

               HBF 是 High Bandwidth Fabrics 的縮寫,直譯為“高帶寬架構”。它是一種由 英特爾 提出并主導的先進封裝技術和互連標準。其核心目標是在一個封裝內,將多個芯片(如計算芯片、內存、I/O芯片等)通過一個超高帶寬、低功耗、低延遲的片上互連網絡連接起來,形成一個高性能的“超級芯片”。

        簡單理解:HBF 就像是在一個“微型主板”上,為各個芯片構建了一個超級高速公路網,讓它們能以極高的速度和效率交換數據

        圖片
        二,HBF高帶寬架構設計規(guī)則

        最基礎的“能否裝得下、連得上”的規(guī)則。

        • 凸塊與間距規(guī)則

          • 凸塊類型:明確允許使用的互連類型(如微凸塊用于標準連接,銅柱混合鍵合用于Foveros Direct)。

          • 凸塊間距:規(guī)定最小凸塊中心距(例如,標準微凸塊為35-55μm,混合鍵合可達<10μm)。這直接決定了互連密度和帶寬。

          • 凸塊陣列布局:規(guī)定芯粒邊緣必須留出非功能凸塊(啞凸塊) 用于機械支撐,以及電源/接地凸塊的分布比例和模式。

        • 芯粒與硅橋布局規(guī)則

          • 芯粒尺寸和形狀限制:對芯粒的最大/最小尺寸、長寬比、以及邊緣到有效電路的距離(切割道)有明確規(guī)定。

          • 芯粒到芯粒間距:規(guī)定兩個相鄰芯粒之間的最小距離(芯片到芯片間隙),以確保有足夠空間填充下填料,并避免熱機械應力干擾。

          • 硅橋對準容差:規(guī)定芯粒上的凸塊陣列與下方硅橋上的焊盤之間允許的最大對準誤差(通常為±1~2μm)。這直接影響設計的余量和良率。

        • “Keep-out Zone”規(guī)則

          • 在芯粒的特定區(qū)域(如靠近邊緣、靠近高熱模塊處)禁止放置敏感電路或關鍵信號凸塊,以規(guī)避應力、熱梯度或封裝效應的不利影響。

            圖片
        三,HBF高與HBM對比
        對比維度HBM(高帶寬內存)HBF(高帶寬互連架構)
        中文全稱
        高帶寬內存
        高帶寬互連架構
        英文全稱
        High Bandwidth Memory
        High Bandwidth Fabrics
        本質屬性存儲器芯片產品封裝互連技術平臺
        技術范疇
        存儲技術
        先進封裝與系統(tǒng)集成技術
        核心功能
        數據存儲與高速訪問
        芯片間高速通信與連接
        供應形式
        標準化內存芯片
        系統(tǒng)集成解決方案
        對比維度HBMHBF
        核心技術
        3D堆疊 + 硅通孔(TSV)
        嵌入式硅橋 + 網絡化互連
        連接方式
        芯片內垂直連接(層間)
        封裝內水平/垂直連接(芯片間)
        密度提升方式
        垂直堆疊增加存儲密度
        微米級布線提升互連密度
        接口特性
        超寬并行接口(1024/2048位)
        標準化芯粒接口(UCIe/AIB)
        物理形態(tài)
        內存立方體(堆疊結構)
        硅橋網絡(平面/立體網絡)
        制造工藝
        DRAM專用工藝 + TSV工藝
        半導體互連工藝 + 先進封裝工藝
        代表產品/技術
        HBM2E, HBM3, HBM3E
        EMIB, Foveros, UCIe兼容接口
        參數類型HBM典型值/特征HBF典型值/特征
        連接密度
        TSV密度:數千-數萬/芯片
        布線密度:>10 Tb/s/mm
        物理間距
        微凸塊間距:35-55μm
        硅橋布線間距:1-2μm
        傳輸延遲
        訪問延遲:納秒級
        互連延遲:皮秒級
        能效比
        ~3 pJ/bit
        ~0.5 pJ/bit
        帶寬規(guī)模
        單堆棧>1 TB/s
        網絡總帶寬>10 TB/s
        工藝節(jié)點
        專用DRAM工藝(10-20nm級)
        多種工藝混搭(3nm-28nm+)
        溫度特性
        工作溫度較高,需專門散熱
        需考慮多芯片熱耦合效應
        際發(fā)展HBM演進HBF演進
        第一代
        HBM1(2015)
        ? 4層堆疊
        ? 128GB/s帶寬
        EMIB(2017)
        ? 基礎硅橋
        ? 2D平面連接
        第二代
        HBM2(2016)
        ? 8層堆疊
        ? 256GB/s帶寬
        Foveros(2019)
        ? 3D堆疊技術
        ? 芯片上堆疊芯片
        第三代
        HBM2E(2020)
        ? 8-12層堆疊
        ? 460GB/s帶寬
        Foveros Omni(2021)
        ? 多芯粒3D集成
        ? 混合封裝技術
        第四代
        HBM3(2022)
        ? 16層堆疊
        ? 819GB/s帶寬
        Foveros Direct(2022)
        ? 混合鍵合技術
        ? <10μm凸塊間距
        發(fā)展趨勢
        ? 堆疊層數繼續(xù)增加
        ? 帶寬密度提升
        ? 能效比優(yōu)化
        ? 互連密度持續(xù)提升
        ? 支持更多芯粒集成
        ? 向chiplet生態(tài)系統(tǒng)演進


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