Chip-on-Wafer-on-Substrate: TSMC hat 1.700-mm²-Interposer entwickelt

Für die nächste Generation an ASICs: Ein 1.700 mm² großer Interposer dient als Träger für mehrere Chiplets wie eine GPU mit sechs HBM-Speicherstapeln. Gedacht ist TSMCs neuer Interposer für 7-nm- und 5-nm-Designs.

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Experimenteller 2.500-mm²-Interposer mit zwei ASICs und acht HBM2-Stacks
Experimenteller 2.500-mm²-Interposer mit zwei ASICs und acht HBM2-Stacks (Bild: TSMC)

Der Auftragsfertiger TSMC hat gemeinsam mit Broadcom einen Interposer mit 1.700 mm² Fläche entworfen. Ein solches passives Siliziumplättchen wird genutzt, um multiple Chips wie Logic- und Speicher-Dies miteinander kommunizieren zu lassen. Exemplarisch spricht TSMC von einem ASIC wie einer GPU oder einem FPGA und dazu sechs HBM-Stacks mit 96 GByte Kapazität.

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Um die 1.700 mm² überhaupt belichten zu können, setzt TSMC auf sogenanntes Mask-Stitching. Hintergrund ist, dass die Fotomaske (Reticle) aktueller Scanner maximal 858 mm² betragen darf - für größere Flächen müssen mehrere Masken verwendet werden. Das Verfahren ist nicht neu, auch der bisherige Interposer für Nvidias GV100 oder NECs SX-10 Aurora Tsubasa benötigt schon zwei Belichtungsdurchgänge, weil mit 1.200 bis 1.300 mm² das Reticle gesprengt wird.

TSMC hat das ältere Modell für 16-nm-Designs ausgelegt, für Umsetzungen mit 7-nm-Chips wie AMDs Vega 20 reicht auch ein kompakterer Interposer, wie ihn UMC fertigt. Kommende 7-nm-ASICs wie eventuell Nvidias Ampere-Grafikprozessor könnten jedoch mit rund 800 mm² Die-Size und vier bis sechs HBM-Stacks antreten, was einen entsprechend großen Träger erfordern würde.

Weil der 1.700-mm²-Interposer für Designs mit mehreren Chiplets und Speicherstapeln ausgelegt ist, richtet sich die Technik primär an den Server-Markt, da Consumer-Produkte damit zu teuer wären. TSMC sieht hier Anwendungen wie künstliche Intelligenz, Machine Learning und 5G-Networking als Zielgruppe an. Firmen wie AMD, Fujitsu, Habana Labs, Nvidia oder Xilinx dürften damit die ersten Kandidaten für den Interposer sein.

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