В прошлом году MacRumors писал о потенциальных причинах возвращения Apple к работе с единственным партнером по производству чипов серии Apple A с чипом A10, после того как версии чипа Apple A9 производились как Samsung, так и TSMC.
С тех пор TSMC подтвердила в ходе выступлений на конференц-связи, что изменения в упаковке чипов привели к 20-процентному улучшению скорости и толщины корпуса, а также 10-процентному улучшению тепловых характеристик. Это имеет ряд последствий для будущей производительности устройств и выбора литейных партнеров для Apple.
Во-первых, важно понять, почему InFO-WLP (Integrated Fan-Out Wafer-Level Packing) является столь значимым достижением для мобильных процессоров Apple. Обычно такие большие чипы, как центральные процессоры или мобильные системы на кристалле (SoC), монтируются с использованием методов «флип-чип», когда массив входов и выходов крепится к подложке корпуса с помощью паяных выводов, что в конечном итоге позволяет подключить его к печатной плате (PCB) для интеграции в устройство.
С самого начала это является компромиссом, поскольку предпочтительнее было бы подключать кремниевый кристалл непосредственно к печатной плате, чтобы минимизировать высоту и уменьшить длину межсоединений между компонентами. Ряд технических ограничений в таких областях, как шаг межсоединений, технологичность производства платы и повреждения из-за коробления платы, обычно препятствуют такому прямому подключению.
Указанная проблема ранее обходилась для компонентов с меньшим количеством выводов с помощью аналогичной концепции под названием Fan-In Wafer-Level Packing, где меньшие кристаллы позволяют маршрутизировать свои входы и выходы в области, примерно равной площади самого кристалла. TSMC является одной из многих компаний, начинающих внедрять эту концепцию для устройств с большим количеством выводов таким образом, чтобы обеспечить высокий объем производства, приемлемые уровни выхода годных и приемлемую стоимость.
При таком методе традиционная подложка становится ненужной, поскольку кремниевая пластина выполняет эту функцию с одним или несколькими логическими кристаллами. Уменьшенная высота этого метода и более тонкий слой перемаршрутизации (RDL) для переподключения выводов кристалла к печатной плате означают, что все межсоединения становятся короче, что напрямую способствует снижению энергопотребления и улучшению тепловых характеристик. Транзисторы, управляющие выходами на этом устройстве, теперь управляют меньшей длиной металла, что означает, что они могут экономить энергию. Экономия энергии также означает улучшение тепловых характеристик, но более прямое соединение с печатной платой означает меньшее тепловое сопротивление к печатной плате, которая может отводить тепло от устройства.
Обещанные улучшения производительности, безусловно, значительны. Улучшение производительности на 20 процентов примерно эквивалентно улучшению, ожидаемому между последовательными технологическими процессами (например, переход от 14 нм к 10 нм). Поскольку и TSMC, и Samsung предлагают только усовершенствованные версии своих 16-нм и 14-нм FinFET процессов, это означает, что общий прирост производительности может быть сопоставим с тем же улучшением, которое наблюдалось от чипа A8 к A9, но обусловлен улучшением упаковки, а не новым процессом.
Конечно, каждое поколение не может наслаждаться одинаковым улучшением, но повышенная энергоэффективность критически важна для мобильных устройств, чтобы им разрешалось достигать более высоких пиковых пределов в течение коротких периодов времени. В своем выступлении на презентации устройств семейства iPhone 6 Apple подробно рассказала о том, как она приложила значительные усилия, чтобы процессор A8 не снижал производительность, в отличие от A7. Это было и остается общеотраслевой проблемой, поскольку производители мобильных SoC соревновались за предоставление самых производительных чипов. Используя новую упаковку от TSMC, Apple получает большую выгоду по этому показателю и свободу переходить в режим более высокого энергопотребления на короткие периоды.
Долгосрочное преимущество этой технологии заключается в обеспечении гораздо более быстрых интерфейсов основной памяти к логическому кристаллу, в основном за счет расширения интерфейса. Современные корпуса мобильных SoC используют методы PoP (package-on-package), которые соединяют кристаллы памяти с основным процессором с помощью крошечных проводов, что неэффективно с точки зрения теплоотвода и не идеально для производительности. Используя упаковку на уровне пластин, эти недостатки могут быть уменьшены для основной памяти, одновременно увеличивая количество соединений и данных, которые могут быть переданы за определенное время.
В долгосрочной перспективе этот шаг, вероятно, станет экономией для Apple, поскольку он устраняет подложку корпуса. Однако совместное проектирование кристалла устройства и корпуса устройства объясняет, почему несколько партнеров технически невозможны для таких усилий. Такие компании, как TSMC, также годами работали над тем, чтобы сделать это реальностью, поскольку преимущества были давно понятны.
На данный момент нельзя отрицать техническую компетентность и возможности Apple в области проектирования чипов. Компания разработала множество чипов для рынка в чрезвычайно сжатые сроки с полностью индивидуальным дизайном, который соперничает с разработками Intel по соотношению производительности на ватт. Apple опередила своих конкурентов на рынке с 64-битным ARM-дизайном более чем на год и разработала два нестандартных кристалла A9 за то время, которое ее конкуренты разработали один.
Учитывая стремление Apple повышать производительность своих кремниевых продуктов и достижения TSMC в области упаковки, вполне логично, что TSMC смогла получить единоличное право на заказы чипов Apple, по крайней мере, в этом поколении. В перспективе технология упаковки InFO-WLP является значительным достижением не только для TSMC и Apple, но и для всей полупроводниковой промышленности.
