Multi-Chip- und Stacked-Die-Architekturen gelten in der Halbleiterindustrie als zentraler Weg, um die Leistungs- und Bandbreitenskalierung weiterzuführen. Da monolithische Designs immer schwieriger und teurer voranzubringen sind, übernehmen Chiplets, Advanced Packaging und 3D-Integration zunehmend die Aufgabe, Rechenleistung und Funktionsdichte für AIartificial intelligence- und HPC1. High Performance ComputingRechenanwendungen mit besonders hohem Leistungsbedarf, die hier als Treiber für Packaging und Test genannt werden.2. high-performance computingHPC bezeichnet besonders rechenintensive Hochleistungsanwendungen.-Systeme zu erhöhen.
Mit der höheren Integrationsdichte wächst jedoch ein grundlegendes Problem: Die Stromversorgung im Package wird komplexer und belasteter. Mehr Recheneinheiten im selben Gehäuse erhöhen die Stromdichte und die Zahl unabhängiger Spannungsdomänen. Damit steigen die Anforderungen an die gemeinsame Power-Delivery-Infrastruktur deutlich.
Ein zentrales Risiko ist Voltage Droop. Wenn AIartificial intelligence-Workloads den Strombedarf schnell verändern und das Netz nicht rasch genug reagiert, kann die Versorgungsspannung kurzzeitig unter den Sollwert fallen. Um die Zuverlässigkeit zu sichern, werden oft Guard Bands und Betriebsreserven eingeplant, was die optimale Effizienz und Leistung des Siliziums begrenzen kann.
Intel Foundry verlagert deshalb die Spannungsregelung näher an die Last. Durch höhere Verteilungsspannungen lassen sich Stromdichteverluste im Package senken, die Regelbandbreite erhöhen und große Entkopplungskondensator-Netze teilweise vermeiden. Im Portfolio stehen dafür package-integrierte magnetische Induktivitäten, voll kapazitive IVRIntegrated Voltage RegulatorEin integrierter Spannungsregler wandelt die Versorgungsspannung näher an der Last um.-Chiplets und weitere Package-Integrationstechnologien.
Mit FIVRFully Integrated Voltage RegulatorEine vollständig integrierte Spannungsregelung verlegt die letzte Wandlungsstufe auf den Prozessor. verlagert Intel die letzte Spannungswandlungsstufe direkt auf den Prozessor. Das verkürzt den Weg zwischen Regler und Last, reduziert Verteilverluste und verbessert die Transientenreaktion. Für höhere Stromdichten wurde außerdem CoaxMIL entwickelt, eine magnetische Induktortechnologie mit deutlich höherer Stromdichte bei geringerem Flächenbedarf.
Eine zweite Richtung ist C2VRContinuous Capacitive Voltage RegulatorEin kapazitiver Spannungsregler nutzt Kapazitoren für die effiziente Spannungswandlung.. Der kontinuierliche kapazitive Spannungsregler nutzt hochdichte Kapazitor-Technologie statt herkömmlicher Induktivitäten und integriert die Kondensatoren direkt auf dem Regler-Chiplet. Dadurch sind hohe Effizienz, sehr hohe Stromdichte und eine schnelle Reaktion auf sprunghafte Lastwechsel möglich. Das soll besonders bei den burstartigen Übergängen in AIartificial intelligence-Beschleunigern die Spannungsabfälle begrenzen.
Zusätzlich beschreibt Intel Foundry dedizierte IVRIntegrated Voltage RegulatorEin integrierter Spannungsregler wandelt die Versorgungsspannung näher an der Last um.-Chiplet-Architekturen, bei denen die Spannungswandlung näher an das Compute-Die rückt als bei klassischen Mainboard-Reglern. Die Platzierung kann auf der Landside, in Package-Layern oder unterhalb von Rechendies erfolgen. Damit werden kürzere Versorgungswege, geringere Verluste und eine flexiblere Anpassung an verschiedene Anwendungen möglich; in gestapelten Systemen eröffnet das auch vertikale Power-Delivery-Schemata.
Für künftige Datacenter-Architekturen wird die Stromversorgung damit zu einem ebenso wichtigen Skalierungsfaktor wie Transistor- und Packaging-Innovationen. Intel Foundry positioniert seine Ansätze als Bausteine, um Leistungssteigerungen auch bei sehr hohen Stromdichten und dynamischen Workloads weiterzuführen.