マルチチップモジュール

マルチチップモジュール（MCM）は、一般的に、複数の集積回路（ICまたは「チップ」）、半導体ダイス、およびその他の個別部品が、通常は統一基板上に集積された電子アセンブリ（多数の導体端子または「ピン」を備えたパッケージなど）であり、使用時には、より大きなICであるかのように扱うことができます。^{[ 1 ]} MCMパッケージングの他の用語には、「ヘテロジニアスインテグレーション」または「ハイブリッド集積回路」があります。^{[ 2 ]} MCMパッケージングを使用する利点は、メーカーがモジュール化のために複数のコンポーネントを使用したり、従来のモノリシックICアプローチよりも歩留まりを向上させたりできることです。

フリップチップマルチチップモジュール（FCMCM ）は、フリップチップ技術を使用するマルチチップモジュールです。FCMCMは、1つの大きなダイと複数の小さなダイをすべて同じモジュール上に持つことができます。^{[ 3 ]}

マルチチップモジュールは、設計者の複雑さや開発理念に応じて、さまざまな形態をとります。既存のチップパッケージのパッケージサイズを模倣した小型プリント基板（PCB）上に既製ICを使用するものから、高密度相互接続（HDI）基板上に多数のチップダイを統合した完全カスタムチップパッケージまで多岐にわたります。最終的に組み立てられたMCM基板は、以下のいずれかの方法で製造されます。

• 基板は、AMDのZen 2プロセッサなどで使用されているような、多層積層プリント基板（PCB）である。
• 基板は、低温同時焼成セラミックなどのセラミック上に構築される。
• ICは薄膜技術を用いて基板上に成膜される。

MCMパッケージを構成するICは以下のとおりです。

• コンピュータの構成要素（CPUなど）の機能のほとんど、あるいはすべてを実行できるIC。IBMのPOWER5やIntelのCore 2 Quadなどがその例である。最終製品は、同じICを複数個使用して作られる。POWER5の場合、複数のPOWER5プロセッサとそれに対応するオフダイL3キャッシュを組み合わせて最終パッケージが作られる。Core 2 Quadでは、実質的に2つのCore 2 Duoダイがパッケージ化されている。
• コンピュータ内のコンポーネントの機能の一部、つまり「知的財産ブロック」（「IPブロック」）のみを実行するIC。これらはチップレットとして知られています。^{[ 4 ] [ 5 ]}この例としては、AMDのZen 2ベースのプロセッサの処理ICとI/O ICが挙げられます。

インターポーザはICを接続します。これは多くの場合、有機（炭素を含む積層回路基板、つまり有機）またはシリコン（高帯域幅メモリなど）でできています。^{[ 6 ]}それぞれに利点と制限があります。複数のモノリシックICを別々のパッケージで接続する代わりにインターポーザを使用して複数のICを接続すると、IC間で信号を伝送するために必要な電力が削減され、伝送チャネルの数が増え、抵抗と容量による遅延（RC遅延）が削減されます。^{[ 7 ]}ただし、チップレット間の通信は、モノリシックIC内のコンポーネントよりも多くの電力を消費し、レイテンシが高くなります。^{[ 8 ]}

MCM技術の比較的新しい開発は、いわゆる「チップスタック」パッケージです。^{[ 9 ]}特定のIC、特にメモリは、システム内で複数回使用される場合、ピン配置が非常に似ているか同一です。慎重に設計された基板により、これらのダイを垂直構成でスタックすることができ、結果として得られるMCMのフットプリントを大幅に小さくすることができます（ただし、チップが厚くなったり、高くなったりします）。小型電子機器の設計では面積が貴重な場合が多いため、チップスタックは携帯電話やPDA（携帯情報端末）などの多くのアプリケーションで魅力的なオプションです。3D集積回路と薄型化プロセスを使用すると、最大10個のダイをスタックして、大容量SDメモリカードを作成できます。^{[ 10 ]}この技術は、高帯域幅メモリにも使用できます。

チップスタック内のデータ転送のパフォーマンスを向上させる可能性のある方法は、チップ上の無線ネットワーク（WiNoC）を使用することです。^{[ 11 ] [ 12 ]}

• IBMバブルメモリMCM（1970年代）
• IBM 3081メインフレームの熱伝導モジュール（1980年代）
• 超伝導マルチチップモジュール（1990年代）^{[ 13 ] [ 14 ]}
• Intel Pentium Pro、Pentium II OverDrive、Pentium D Presler、Xeon Dempsey、Clovertown、Harpertown、Tigerton、Core 2 Quad（Kentsfield、Penryn-QC、Yorkfield）、Clarkdale、Arrandale、Kaby Lake-G、およびCrystalwell搭載モデル（GT3eまたはGT4eグラフィックス搭載モデル）
• SDカード、microSDカード、ソニー製メモリースティック
• eMMC、eUFS、NVMeをシングルパッケージソリューションで実現
• Xenosは、ATI TechnologiesがXbox 360向けに設計したGPUで、eDRAMを搭載している。
• IBMのPOWER2、POWER4、POWER5、POWER7、POWER8、およびPower10
• IBM z196
• 任天堂のWii U Espresso（マイクロプロセッサ）は、CPU、GPU、およびオンボードVRAM（GPUに統合）を1つのMCM上に搭載している。^{[ 15 ]}
• VIA Nano QuadCore ^{[ 16 ]}
• Micron社製PoPに搭載されたフラッシュメモリとRAMメモリの組み合わせ
• モバイルDRAMとNANDストレージを組み合わせたSamsung MCPソリューション。^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]}
• ZenまたはZen+アーキテクチャに基づくAMD Ryzen ThreadripperおよびEpyc CPUは、2つまたは4つのチップからなるMCMです^{[ 20 ]}（ ZenまたはZen+に基づくRyzenはMCMではなく、1つのチップで構成されています）。
• AMDの非APU Ryzen 、Ryzen Threadripper、およびEpyc CPUは、Zen 2またはZen 3アーキテクチャに基づいており、CPUコアと1つのより大きなI/Oチップ^{[ 22 ]を含む1つ、2つ、4つ[ 21 ]}または8つのチップのMCMです。
• CDNA 2アーキテクチャに基づくAMD Instinct MIシリーズGPUは、1つまたは2つのグラフィックス演算ダイ（GCD）チップからなるMCM（マルチコンポーネントモジュール）です。
• RDNA 3アーキテクチャに基づくAMD Radeon RX 7000シリーズGPUは、1つのGCDと最大6つのメモリキャッシュダイ（MCD）チップを備えたMCMです。
• Intel Xe Ponte Vecchio GPU
• Intel Meteor Lake CPU
• Intel Arrow Lake CPU
• 高帯域幅メモリを搭載したその他のプロセッサ
• Apple Mシリーズ（CPUとメモリ搭載）
• Intel Lunar Lake（CPUおよびメモリ搭載）

• システム・イン・パッケージ（SIP）
• システムオンチップ（SoC）
• ハイブリッド集積回路
• 高度なパッケージング（半導体）
• チップキャリア、チップパッケージおよびパッケージタイプのリスト
• シングルチップモジュール（SCM）
• UFSマルチチップパッケージ（uMCP）

• マルチチップモジュール技術（MCM）またはシステムオンパッケージ（SoP）
• AMDはMagny-Cours 12コアCPUで競争に残ることを目指している。
• AutoCADでのMCMデザイン– CDS Master MCM Designer Suite