ダイ間インターコネクトとは

THEME 06 後工程・パッケージ · 後工程・先進パッケージングDie-to-Die Interconnect

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ダイ間インターコネクトとは、1 つのパッケージに載る複数のダイ同士をつなぐ配線と、その取り決めのことです。 分けたチップを、もう一度 1 つに見せる役目を担います。

1 枚板のチップなら、配線はすべてチップの中で済みます。しかし面積が大きくなるほど歩留まりが落ちるため、分けて作り、つなぎ直すほうが安くなる領域が広がってきました。

大きなチップを分けると、最先端が要る部分だけを最先端で作れる

分割の理由

最先端プロセスが不要な部分を最適プロセス向けに設計すれば、合理的なコストで製造できます。

より微細な製造技術ほど製造時の歩留まりを高めるのが難しく¹、大面積のチップを低歩留まりで製造すれば製造コストが増大します。一方、チップ全体を独自開発する必要がある例は意外と限られ、独自性を盛り込みたいのはチップ内の一部である場合が多く、周辺回路などは成熟した製造技術でも要求性能を十分に実現できる場合が多いとされています。

東京エレクトロンによると、チップレットを適用すれば、最先端プロセスが不要な部分を最適プロセス向けに設計し、合理的なコストで製造できます。独自開発すべき対象も大きく絞り込めるため、分割は費用の話であり、同時に設計の自由度の話です。

つなぐ距離が、帯域と電力を決める

経路の長さ

チップレット集積では、プロセッサコア間やメモリー間で帯域幅を極限まで高めたデータ転送が求められます。

チップレット集積では、プロセッサコア間やメモリー間で帯域幅を極限まで高めたデータ転送が求められます。実現には、基板上の配線やビアのさらなる微細化や高密度化と²、高速信号を伝送できる良好な電気特性が欠かせません。経路は、パッケージ基板を通る道と、インタポーザや再配線層で直結する道があり、短いほど同じ電力で多くのビットを運べます。

信号の本数が少ない箇所で切る

切る場所の候補は、やり取りする信号の本数が小さい箇所です。本数が多い場所で切れば、そのぶんダイ間の配線が太くなり、電力も増えます。同じチップ内の配線のほうが速いままなので、どこで切るかが設計の要点になります。

土台の材料と平坦性が、ダイ間性能の上限になる

東京エレクトロンによると、ガラス基板は平坦性によって配線やビアの微細化と高密度化を実現し、バンプのピッチも高密度化できます。ガラスは樹脂よりも誘電率など電気的特性に優れ、より高速な信号を伝送できます。同一パッケージ内に高密度配線が可能になり、高速動作する回路をより多く搭載できるため、チップレットを活用したチップのさらなる高性能化が期待できます。ダイ間の性能は、配線の設計と土台の両方で決まり、載せる土台の材料と平坦性がそのまま上限になります。

分けるほど選択肢は増え、つなぐ本数と検証の手間も増える

チップを分ければ歩留まりが上がり、工程ごとに最適な技術を選べます。その代わりダイ間をつなぐ配線が増え、そこで電力と遅延を払います。経路を短くすれば帯域が上がるものの、インタポーザやガラス基板という土台の費用が乗ります。分割を細かくするほど選択肢は増えますが、つなぐ本数と検証の手間も増えます。

よくある質問（FAQ）

ダイ間インターコネクトとは何ですか？

1 つのパッケージに載る複数のダイ、つまりチップレット同士をつなぐ配線と、その取り決めのことです。

なぜチップを分けるのですか？

微細な製造技術ほど歩留まりを高めるのが難しく、大面積のチップを低歩留まりで作れば製造コストが増大するためです。

分けると何が良いのですか？

最先端プロセスが不要な部分を最適プロセス向けに設計し、合理的なコストで製造できるようになります。

つなぐ経路はどこを通りますか？

パッケージ基板を通る経路と、インタポーザや再配線層で直結する経路があります。短いほど、同じ電力で多くのビットを運べます。

どんな性能が要りますか？

プロセッサコア間やメモリー間で、帯域幅を極限まで高めたデータ転送が求められます。

土台の材料は関係しますか？

します。ガラス基板の平坦性で配線やビアの微細化と高密度化が実現し、バンプのピッチも高密度化できます。

1 枚板より速くなりますか？

同じチップ内の配線のほうが速いままです。だからこそ、どこで切るかという分割の設計が要点になります。

比較・違いを学ぶ

チップレットとは── つなぐ相手の単位
チップレットインタフェースとは── つなぎ方の取り決め
インタポーザとは── 経路を短くする土台
ハイブリッドボンディングとは── さらに短くつなぐ手

出典

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