Intel, nelle tecnologie di packaging la chiave per chip sempre più potenti e innovativi

Tre anni fa pubblicammo l'articolo "Intel, non solo architetture: l'innovazione passa dal package" in cui illustravamo come l'evoluzione delle CPU non sarebbe più passata dal solo miglioramento delle architetture e dal processo produttivo, bensì da un nuovo modo di intenderne la progettazione che avrebbe coinvolto sempre di più il package, quel substrato dove sono apposti tutti gli elementi del processore.

Il package, da elemento fondamentalmente statico e di supporto, è pronto ad acquisire un ruolo sempre più attivo nel mondo dei microprocessori, diventando l'elemento fondamentale per offrire tutte quelle innovazioni che i progettisti continueranno a creare sopra di esso. Gordon Moore, cofondatore di Intel da poco scomparso, l'aveva già in qualche modo previsto nel 1965: "Potrebbe rivelarsi più economico realizzare grandi sistemi da piccole funzioni, che sono confezionate separatamente e interconnesse".

È un po' quello che stiamo iniziando a vedere in questi anni con le prime soluzioni progettate in modo modulare, dove un chiplet con i core viene pensato e realizzato con un determinato processo produttivo, per poi essere apposto sul package e collegato a un altro chiplet che offre funzionalità come il controller di memoria, l'I/O e tutto il resto.

Rispetto alla sua principale concorrente nel mondo delle CPU, Intel ha imboccato la via della progettazione modulare in ritardo, ma adesso è pronta non solo a fare altrettanto, ma anche a recuperare terreno. In una conference call con Tom Rucker (Intel Fellow, Director of Assembly & Test Pathfinding), Pooya Tadayon (Senior Director of Foundry Advanced Packaging) e Mark Gardner (Senior Director of Foundry Advanced Packaging), la casa di Santa Clara ci ha aggiornato sui progetti attuali, sul futuro e perché ciò che avviene nel package sarà sempre più importante.

Anzitutto, Intel ha ribadito perché si sta andando verso una produzione disaggregata, che spesso chiamiamo modulare: ci sono indubbie possibilità di migliorare le prestazioni, ridurre i costi e soprattutto possibilità di creare prodotti sempre più densi usando il giusto processo produttivo per ogni componente il progetto preveda. Un altro obiettivo è contenere i consumi.

Siamo al principio di una nuova era: per decenni la principale funzione del package era quella di fornire alimentazione e segnali dalla motherboard al die, mentre d'ora in avanti il package avrà il compito di ospitare interconnessioni ad alta densità per permettere di mettere insieme moltissimi die prodotti singolarmente con processi differenti.

2.5D EMIB, 3D Foveros, 2.5D EMIB + 3D Foveros e 3D Foveros Direct sono solo alcune delle soluzioni su cui Intel ha lavorato in questi anni e che intende applicare, a seconda del mercato e del progetto, da qui in avanti. Negli anni passati vi sono state delle prove - pensate a Lakefield - culminate in un progetto estremamente complesso come quello di Ponte Vecchio, ovvero la serie di GPU Max per Datacenter formata da ben 47 tile prodotte, 5 processi produttivi differenti e forte di 100 miliardi di transistor.

Se in questo caso Intel si è avvalsa di "2.5D EMIB + 3D Foveros", il ventaglio di tecnologie a sua disposizione le ha permesso di creare altri prodotti modulari, primo fra tutti il processore per server "Sapphire Rapids", ovvero lo Xeon di 4a generazione basato su EMIB con un bump pitch di 55 micrometri. In arrivo, questa volta in ambito consumer, vi è però Meteor Lake, soluzione per chi Intel ha applicato la tecnologia 3D Foveros con bump pitch di 36 micrometri.

Nel futuro di Intel c'è Foreveros Direct, soluzione che consentirà di avvicinare le interconnessioni fino a meno di 10 micrometri grazie a un collegamento diretto rame-rame che garantirà meno resistenza e maggiore densità. Per il futuro, inoltre, la casa di Santa Clara sta lavorando su soluzioni avanzate come "Glass Core Substrate", ovvero substrati in vetro, e "Co-Packaged Optics", introducendo quindi la fotonica del silicio ove abbia senso commercialmente.

Nel caso dell'ultima soluzione, Intel ha creato un connettore ad hoc per il collegamento di ciò che c'è all'interno della CPU con quanto c'è all'esterno e si aspetta di entrare nella fase di sampling nel corso dei prossimi mesi.

Attenzione però, tutte queste tecnologie non rimarranno a uso e consumo di Intel. Come noto, la società vuole diventare anche un produttore di chip per conto terzi, ma questo non significa solo e soltanto produrre processori, bensì anche testarne il funzionamento sia da soli che con il package e gli altri chip con cui deve interfacciarsi.

In tal senso Intel pensa di avere un'esperienza e una capacità senza pari e in un certo qual modo ciò è assicurato dal lavoro svolto proprio sulle GPU Max: se Intel è riuscita a mettere insieme e a far funzionare correttamente un progetto con 47 tile e cinque processi diversi, è potenzialmente in grado di mettere in opera qualsiasi progetto, complesso o meno che sia.

Intel è quindi concentrata nello sviluppo di un package sempre più protagonista nelle proprie soluzioni, al fine di raggiungere quei target di prestazioni, costo e consumo sempre più ambiziosi imposti dal mercato e dalla concorrenza. Allo stesso tempo, Intel ha serie intenzioni nella produzione per conto terzi e non solo i processi produttivi, ma anche le capacità di packaging giocheranno un ruolo fondamentale per attirare clienti e far decollare un business su cui il CEO Pat Gelsinger ha scommesso molto.