Modul multikeping

Modul multikeping

Modul multikeping IBM POWER5 yang memuat empat mikroprosesor pada satu substrat keramik berkerapatan tinggi.
Jenis komponen	Modul elektronik / pengemasan sirkuit terpadu
Pabrikan	TSMC, Intel, Samsung, AMD

Modul multikeping atau modul multicip (bahasa Inggris:multi-chip module, disingkat MCM) adalah rakitan elektronik, misalnya kemasan dengan sejumlah terminal konduktor atau "kaki", yang memadukan beberapa sirkuit terpadu (IC atau "cip"), die semikonduktor, dan/atau komponen diskret lain, biasanya pada satu substrat penyatu. Dengan begitu, dalam pemakaian, modul ini dapat diperlakukan seperti satu IC yang lebih besar.^[1]

Istilah lain yang berkaitan dengan pengemasan MCM antara lain "integrasi heterogen" dan "sirkuit terpadu hibrida", meskipun cakupan istilah-istilah ini tidak selalu sama persis.^[2][3] Keuntungan utama MCM adalah produsen dapat memakai banyak komponen secara modular dan/atau meningkatkan hasil produksi (yield) dibandingkan dengan pendekatan IC monolitik konvensional.^[1]

Gambaran umum

MCM hadir dalam berbagai bentuk, bergantung pada kerumitan dan filosofi perancangnya. Rentangnya mulai dari IC yang sudah dikemas dan dipasang pada papan sirkuit tercetak (PCB) kecil agar menyerupai tapak kemasan chip yang sudah ada, hingga kemasan kustom penuh yang memuat banyak die pada substrat interkoneksi berkerapatan tinggi (high density interconnection, HDI).

Jenis substrat

Substrat rakitan akhir sebuah MCM dapat dibuat dengan salah satu cara berikut:

• PCB laminasi berlapis banyak, seperti yang dipakai pada prosesor Zen 2 milik AMD.^[4]
• Keramik, misalnya low temperature co-fired ceramic.
• Teknologi lapis tipis (thin film), yaitu IC diendapkan pada substrat dasar.

Jenis IC penyusun

IC yang membentuk sebuah MCM dapat berupa:

• IC yang mampu menjalankan hampir seluruh fungsi suatu komponen komputer, misalnya CPU. Contohnya adalah implementasi POWER5 milik IBM dan Core 2 Quad milik Intel. Pada jenis ini, beberapa salinan IC yang sama dipakai untuk membangun produk akhir. Pada POWER5, beberapa prosesor POWER5 dan cache L3 di luar die dirakit dalam satu kemasan, sedangkan pada Core 2 Quad dua die Core 2 Duo dikemas bersama.
• IC yang hanya menjalankan sebagian fungsi, atau yang disebut Intellectual Property Block (blok IP), dari suatu komponen komputer. IC jenis ini dikenal sebagai chiplet.^[5][6] Contohnya adalah IC pemroses dan IC masukan/keluaran pada prosesor berbasis Zen 2 milik AMD.

Interposer

IC-IC dalam MCM dihubungkan oleh sebuah interposer. Interposer sering kali bersifat organik (papan sirkuit laminasi yang mengandung karbon) atau dibuat dari silikon, seperti pada memori berbandwidth tinggi (High Bandwidth Memory, HBM). Keduanya punya kelebihan dan keterbatasan masing-masing.^[7]

Menghubungkan beberapa IC lewat interposer, dan bukan lewat beberapa IC monolitik dalam kemasan terpisah, mengurangi daya untuk mengirim sinyal antar-IC, menambah jumlah kanal transmisi, dan mengurangi tunda akibat hambatan dan kapasitansi (tunda RC).^[8] Meski demikian, komunikasi antar-chiplet memakan daya lebih besar dan memiliki latensi lebih tinggi daripada komunikasi antarkomponen di dalam IC monolitik.^[9]

MCM flip-chip

MCM flip-chip (bahasa Inggris:Flip Chip Multi-Chip Module, FCMCM) adalah MCM yang memakai teknologi flip-chip. Sebuah FCMCM dapat memuat satu die besar dan beberapa die kecil pada modul yang sama.^[10]

MCM tumpukan cip

Perkembangan yang relatif baru pada teknologi MCM adalah kemasan "tumpukan cip" (chip-stack).^[11] Sebagian IC, terutama memori, memiliki susunan kaki yang mirip atau identik ketika dipakai berkali-kali dalam suatu sistem. Substrat yang dirancang cermat memungkinkan die tersebut ditumpuk vertikal sehingga tapak MCM menjadi jauh lebih kecil, dengan konsekuensi kemasan yang lebih tebal atau tinggi. Karena luas area biasanya menjadi pertimbangan utama pada elektronik mini, tumpukan cip menarik untuk banyak aplikasi, seperti telepon seluler dan asisten digital pribadi (PDA).

Dengan memakai sirkuit terpadu tiga dimensi dan proses penipisan, hingga sepuluh die dapat ditumpuk untuk membuat kartu memori SD berkapasitas besar.^[12] Teknik serupa juga dipakai pada memori berbandwidth tinggi.

Salah satu cara yang diusulkan untuk meningkatkan kinerja transfer data pada tumpukan cip adalah memakai jaringan nirkabel pada cip (Wireless Network-on-Chip, WiNoC).^[13]

Perbandingan dengan teknologi terkait

Batas antara MCM, SiP, dan SoC kerap kabur dan penggunaan istilahnya berbeda antarsumber.

• SoC memadukan banyak fungsi pada satu die semikonduktor, sedangkan MCM menggabungkan beberapa die dalam satu modul.^[3][14]
• SiP menekankan bahwa kombinasi komponen dalam kemasan menyediakan fungsi suatu sistem atau subsistem; MCM dapat dianggap sebagai bagian dari SiP bila syarat itu terpenuhi.^[15][3]
• Chiplet adalah jenis IC penyusun, yaitu blok fungsi parsial, sedangkan MCM adalah wadah yang menyatukan chiplet itu.^[5]

Kelebihan dan keterbatasan

Kelebihan

• Modularitas: pabrikan dapat memakai komponen yang berbeda dan mengombinasikannya sesuai kebutuhan produk.^[1]
• Peningkatan hasil produksi: die kecil lebih mudah dibuat dengan hasil baik dibandingkan satu die monolitik besar.^[1]
• Penghematan ruang: pada tumpukan cip, tapak kemasan dapat diperkecil.^[11]
• Interkoneksi berkinerja baik: interposer dapat mengurangi daya sinyal, menambah kanal, dan mengurangi tunda RC.^[8]

Keterbatasan

• Latensi dan daya komunikasi: komunikasi antar-chiplet lebih boros daya dan lebih lambat daripada komunikasi dalam IC monolitik.^[9]
• Kemasan lebih tebal: penumpukan memperkecil tapak, tetapi menambah ketebalan kemasan.^[11]

Contoh MCM

Prosesor IBM

• POWER2, POWER4, POWER5, POWER7, POWER8, dan Power10.
• IBM z196.
• Modul konduksi termal pada komputer mainframe IBM 3081 (1980-an).
• MCM memori gelembung IBM (1970-an).

Prosesor Intel

Pentium Pro, Pentium II OverDrive, Pentium D Presler, Xeon Dempsey, Clovertown, Harpertown, dan Tigerton, Core 2 Quad (Kentsfield, Penryn-QC, dan Yorkfield), Clarkdale, Arrandale, Kaby Lake-G, model dengan Crystalwell (grafis GT3e atau GT4e), Intel Xe Ponte Vecchio, Meteor Lake, Arrow Lake, dan Lunar Lake dengan CPU dan memori dalam satu paket.

Prosesor AMD

• Ryzen Threadripper dan Epyc berbasis arsitektur Zen atau Zen+ merupakan MCM berisi dua atau empat cip. Ryzen berbasis Zen atau Zen+ bukan MCM karena hanya terdiri atas satu cip.^[16]
• Ryzen (non-APU), Ryzen Threadripper, dan Epyc berbasis Zen 2 atau Zen 3 merupakan MCM yang terdiri atas satu, dua, empat,^[17] atau delapan cip berisi inti CPU, ditambah satu cip masukan/keluaran yang lebih besar.^[4]
• AMD Instinct seri MI berbasis arsitektur CDNA 2 merupakan MCM dengan satu atau dua cip graphics compute die (GCD).^{[butuh rujukan]}
• Radeon RX 7000 series berbasis RDNA 3 merupakan MCM dengan satu GCD dan hingga enam cip memory cache die (MCD).^{[butuh rujukan]}

Memori dan penyimpanan

• Kartu SD, microSD, dan Memory Stick milik Sony.
• eMMC, eUFS, dan NVMe dalam satu kemasan.
• Memori flash dan RAM dalam satu PoP buatan Micron.
• Solusi MCP Samsung yang menggabungkan DRAM seluler dan penyimpanan NAND.^[18][19][20]
• Prosesor apa pun yang memakai memori berbandwidth tinggi.

Konsol permainan dan lainnya

• Xenos, GPU buatan ATI Technologies untuk Xbox 360 dengan eDRAM.
• Espresso pada Wii U buatan Nintendo, yang memuat CPU, GPU, dan VRAM di dalam GPU dalam satu MCM.^[21]
• VIA Nano QuadCore.^[22]
• Seri M Apple dengan CPU dan memori dalam satu paket.
• MCM superkonduktor (1990-an).^[23][24]

MCM tiga dimensi

MCM tiga dimensi menyusun die secara vertikal, sebagaimana dijelaskan pada bagian MCM tumpukan cip di atas.

Lihat pula

• System in a package (SiP)
• Sistem pada sebuah cip (SoC)
• Sirkuit terpadu
• Sirkuit terpadu hibrida
• Chiplet
• Interposer
• Pengemasan lanjutan (semikonduktor)
• Pembawa cip
• Modul cip tunggal (SCM)
• UFS Multi Chip Package (uMCP)

Referensi

Pranala luar

• Multichip Module Technology (MCM) or System on a Package (SoP) (Inggris)
• AMD aims to stay in the race with Magny-Cours 12-core CPU (Inggris)
• CDS Master MCM Designer Suite (Inggris)

Templat:System on a chip