Module multi-puces

Un module multipuce ( MCM ) est un ensemble électronique (par exemple un boîtier avec un certain nombre de bornes conductrices ou « broches » ) dans lequel plusieurs circuits intégrés (CI ou « puces »), des matrices semi-conductrices et/ou d'autres composants discrets sont intégrés, généralement sur un substrat unifié, de sorte qu'en cours d'utilisation, il peut être traité comme s'il s'agissait d'un CI plus grand. D'autres termes pour le conditionnement MCM incluent « intégration hétérogène » ou « circuit intégré hybride ». L'avantage de l'utilisation du conditionnement MCM est qu'il permet à un fabricant d'utiliser plusieurs composants pour la modularité et/ou d'améliorer les rendements par rapport à une approche CI monolithique conventionnelle.

Un module multipuce Flip Chip ( FCMCM ) est un module multipuce qui utilise la technologie Flip Chip . Un FCMCM peut avoir une grande puce et plusieurs puces plus petites sur le même module.

Les modules multipuces se présentent sous diverses formes en fonction de la complexité et des philosophies de développement de leurs concepteurs. Celles-ci peuvent aller de l'utilisation de circuits intégrés pré-emballés sur une petite carte de circuit imprimé (PCB) destinée à imiter l'empreinte d'un boîtier de puce existant à des boîtiers de puces entièrement personnalisés intégrant de nombreuses puces sur un substrat d'interconnexion haute densité (HDI). Le substrat MCM assemblé final peut être réalisé de l'une des manières suivantes :

• Le substrat est un circuit imprimé laminé multicouche (PCB), tel que ceux utilisés dans les processeurs Zen 2 d'AMD .
• Le substrat est construit sur de la céramique, telle que de la céramique co-cuite à basse température
• Les circuits intégrés sont déposés sur le substrat de base à l'aide de la technologie Thin Film .

Les circuits intégrés qui composent le package MCM peuvent être :

• Circuits intégrés capables d'exécuter la plupart, voire la totalité des fonctions d'un composant d'un ordinateur, comme le processeur. On peut citer comme exemples les implémentations du POWER5 d'IBM et du Core 2 Quad d'Intel . Plusieurs copies du même circuit intégré sont utilisées pour construire le produit final. Dans le cas du POWER5, plusieurs processeurs POWER5 et leur cache L3 associé sont utilisés pour construire le boîtier final. Avec le Core 2 Quad, deux puces Core 2 Duo ont été assemblées.
• Circuits intégrés qui n'exécutent qu'une partie des fonctions, ou « blocs de propriété intellectuelle » (« blocs IP »), d'un composant d'un ordinateur. On les appelle « chiplets » . Les circuits intégrés de traitement et les circuits intégrés d'E/S des processeurs basés sur Zen 2 d'AMD en sont un exemple .

Un interposeur relie les circuits intégrés. Il est souvent soit organique (une carte de circuit imprimé laminée contenant du carbone, donc organique ) soit en silicium (comme dans la mémoire à large bande passante ). Chacun présente des avantages et des limites. L'utilisation d'interposeurs pour connecter plusieurs circuits intégrés au lieu de connecter plusieurs circuits intégrés monolithiques dans des boîtiers séparés réduit la puissance nécessaire pour transmettre des signaux entre les circuits intégrés, augmente le nombre de canaux de transmission et réduit les retards causés par la résistance et la capacité (retards RC). Cependant, la communication entre les puces consomme plus d'énergie et présente une latence plus élevée que les composants des circuits intégrés monolithiques.

Un développement relativement nouveau dans la technologie MCM est le boîtier dit « chip-stack ». Certains circuits intégrés, les mémoires en particulier, ont des broches très similaires ou identiques lorsqu'ils sont utilisés plusieurs fois dans les systèmes. Un substrat soigneusement conçu peut permettre à ces puces d'être empilées dans une configuration verticale, ce qui rend l'empreinte du MCM résultant beaucoup plus petite (bien qu'au prix d'une puce plus épaisse ou plus haute). Étant donné que la surface est plus souvent limitée dans les conceptions électroniques miniatures, la pile de puces est une option intéressante dans de nombreuses applications telles que les téléphones portables et les assistants numériques personnels (PDA). Grâce à l'utilisation d'un circuit intégré 3D et d'un processus d'amincissement, jusqu'à dix puces peuvent être empilées pour créer une carte mémoire SD de grande capacité. Cette technique peut également être utilisée pour la mémoire à large bande passante .

La manière possible d'augmenter les performances du transfert de données dans la pile de puces est d'utiliser des réseaux sans fil sur puce (WiNoC).

• Mémoires à bulles IBM MCM (années 1970)
• Module de conduction thermique du mainframe IBM 3081 (années 1980)
• Modules supraconducteurs multipuces (années 1990)
• Intel Pentium Pro , Pentium II OverDrive , Pentium D Presler, Xeon Dempsey, Clovertown, Harpertown et Tigerton, Core 2 Quad (Kentsfield, Penryn-QC et Yorkfield), Clarkdale , Arrandale , Kaby Lake-G et les modèles avec Crystalwell (ceux avec les graphiques GT3e ou GT4e)
• Cartes SD , cartes Micro-SD et clés USB Sony
• eMMC , eUFS et NVMe avec une solution monopackage
• Xenos , un GPU conçu par ATI Technologies pour la Xbox 360 , avec eDRAM
• POWER2 , ​​POWER4 , POWER5 , POWER7 , POWER8 et Power10 d' IBM
• IBM z196
• La Wii U Espresso de Nintendo (microprocesseur) a son CPU, son GPU et sa VRAM embarquée (intégrée au GPU) sur un seul MCM.
• Quad-Core Nano de VIA
• Mémoire Flash et RAM combinées sur un PoP par Micron
• Solutions MCP de Samsung combinant stockage DRAM et NAND mobile.
• Les processeurs AMD Ryzen Threadripper et Epyc basés sur l'architecture Zen ou Zen+ sont des MCM de deux ou quatre puces ( Ryzen basé sur Zen ou Zen+ n'est pas un MCM et se compose d'une seule puce)
• Les processeurs non APU Ryzen , Ryzen Threadripper et Epyc d'AMD basés sur l' architecture Zen 2 ou Zen 3 sont des MCM d'une, deux, quatre ou huit puces contenant des cœurs de processeur et une puce d'E/S plus grande
• Les GPU de la série AMD Instinct MI basés sur l'architecture CDNA 2 sont des MCM d'une ou deux puces de calcul graphique (GCD).
• Les GPU de la série AMD Radeon RX 7000 basés sur l'architecture RDNA 3 sont des MCM avec un GCD et jusqu'à six puces de cache mémoire (MCD).
• Processeurs graphiques Intel Xe Ponte Vecchio
• Processeurs Intel Meteor Lake
• Tout autre processeur avec mémoire à bande passante élevée
• Série Apple M avec CPU et mémoire
• Intel Lunar Lake avec CPU et mémoire