TSMCはどのようにしてiPhone 7のA10チップに関してAppleとの独占権を取り戻したか
それ以来、TSMCは 電話会議のコメント で、チップのパッケージ変更により速度とパッケージの厚さの両方が20パーセント、熱性能が10パーセント向上したことを認めた。これは、Apple の将来のデバイスのパフォーマンスと将来のファウンドリ パートナーの選択に多くの影響を及ぼします。
まず、InFO-WLP (Integrated Fan-Out Wafer-Level Packing) が Apple のモバイル プロセッサにとって非常に重要な開発である理由を理解するのに役立ちます。通常、CPU やモバイル SoC と同じくらいの大きさのチップは、入出力のアレイをはんだバンプを介してパッケージ基板に取り付ける「フリップチップ」方法で取り付けられ、最終的にはプリント基板 (PCB) に取り付けることができます。デバイス統合用。
高さを最小限に抑え、コンポーネント間の相互接続の長さを短縮するには、シリコン ダイを PCB に直接取り付けることが望ましいため、これは最初から妥協です。通常、相互接続ピッチ、基板の生産性、基板の反りによる損傷などの分野における多くの技術的制限により、この直接接続は妨げられます。
上記の問題は、以前は、ファンイン ウェーハ レベル パッキングと呼ばれる
同様の概念
を使用して、より小さい I/O 数のコンポーネントで回避されていました。この概念では、より小さいダイがダイとほぼ同じ領域に入力と出力を配線することができます。 TSMC は、大量生産、許容可能な歩留まり、および許容可能なコストを可能にする方法で、より大きな I/O 数のデバイスに対してこのコンセプトを実現し始めている多くの企業のうちの 1 社にすぎません。
この方法では、1 つ以上のロジック ダイを備えたシリコン ウェーハがその目的を果たすため、従来の基板は不要になります。この方法の高さの低減と、ダイのピンを PCB に再マッピングするためのより薄い再配線層 (RDL) は、すべての相互接続が短くなることを意味し、直接的に消費電力の削減と熱性能の向上が可能になります。このデバイスの出力を駆動するトランジスタは、駆動する金属の長さが短くなり、電力を節約できることを意味します。電力を節約するということは、熱的にパフォーマンスが向上することも意味しますが、PCB へのより直接的な接続は、デバイスから熱を奪う可能性がある PCB への熱抵抗が単に減少することを意味します。
約束されたパフォーマンスの向上は確かに大幅です。パフォーマンスの 20% の向上は、連続するファウンドリ ノード間で期待される向上とほぼ同等です (たとえば、14 nm から 10 nm への変化)。 TSMC と Samsung はどちらも 16 nm および 14 nm FinFET プロセスの洗練されたバージョンのみを提供しているため、合計のパフォーマンス向上は A8 から A9 チップで見られたのと同じ改善に匹敵する可能性がありますが、これはパッケージングの改善によってもたらされる可能性があることを意味します。新しいプロセス。
もちろん、すべての世代がこれと同じ改善を享受できるわけではありませんが、モバイル デバイスが短期間でより高いピーク制限に達できるようにするには、電力効率の向上が重要です。 iPhone 6 ファミリのデバイスに関する基調講演で、Apple は、A8 プロセッサが A7 のようにスロットルを起こさないようにするためにどのように多大な努力を払ったかについて詳しく説明しました。モバイル SoC メーカーは最高性能のチップを提供しようと競い合ってきたため、これは業界全体の問題であり、現在も続いています。 TSMC の新しいパッケージを利用することで、Apple はこの基準をさらに緩和し、短期間であればより高い消費電力モードに自由に移行できるようになります。
このテクノロジーの長期的な利点は、主にインターフェイスの幅を広げることにより、ロジック ダイへのメイン メモリ インターフェイスの高速化が可能になることです。現在のモバイル SoC パッケージは、メモリ ダイを細いワイヤでメイン プロセッサに接続する PoP (パッケージ オン パッケージ) 技術を使用していますが、これは熱効率が悪く、パフォーマンスにとって理想的ではありません。ウェハレベルのパッケージングを使用することで、メイン メモリのこれらの欠点を軽減できると同時に、一定時間内に移動できる接続数とデータの数も増加します。
長期的には、この措置は Apple にとってパッケージ基板を取り除くためのコスト削減になる可能性が高い。しかし、デバイス ダイとデバイス パッケージの共同設計は、複数のパートナーによるこのような取り組みが技術的に不可能である理由を説明しています。 TSMC のような企業もこれを実現するために何年も努力しており、そのメリットは長い間理解されてきました。
現時点では、チップ設計における Apple の技術的洞察力と帯域幅を否定することはできません。同社は、ワットあたりのパフォーマンスでインテルに匹敵する完全カスタム設計で、非常に積極的な期限内に市場向けに複数のチップを開発してきました。 Apple は 64 ビット ARM 設計の市場投入で競合他社を 1 年以上上回り、競合他社が 1 つを設計する間に 2 つのカスタム A9 ダイを設計しました。
Apple がシリコンの性能向上に注力していること、および TSMC のパッケージングの進歩を考慮すると、少なくともこの世代において TSMC が Apple のチップ注文を独占的に獲得できたのは理にかなっています。将来を見据えると、InFO-WLP パッケージング技術は TSMC と Apple だけでなく、半導体業界全体にとっても重要な進歩を示します。
